(57)【要約】【課題】ＧＰＳ装置やカメラ装置を用いることなく飛行時の飛行位置を適正に制御することのできる、安価でかつ小型の飛行体及びその飛行制御方法、飛行体の飛行制御に用いる発光装置、並びに、飛行制御システムを提供する。【解決手段】飛行体２０が当該飛行体２０の受光部３０で受光可能な光を発する発光体１３に対して一定の位置を維持するように、飛行体２０の姿勢角と光の強度とに基づいて、飛行体２０に搭載された推進装置２６の推進力を制御して飛行体２０の二次元的な位置及び／又は速度を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進装置により生成される推進力を利用して飛行する飛行体であって、
前記飛行体の姿勢を検知する姿勢検知部と、
光を受光する受光部と、
前記飛行体が前記光を発する発光体に対して一定の位置を維持するように、前記姿勢検知部から得られる姿勢角と前記受光部から得られる光の強度とに基づいて、前記推進装置の推進力を制御して前記飛行体の位置及び／又は速度を制御する飛行制御部と、を備えることを特徴とする飛行体。
【請求項２】
前記飛行制御部は、前記姿勢検知部から得られる姿勢角に基づいて前記飛行体の位置及び／又は速度を推定すると共に、前記受光部から得られる光の強度に基づいて前記飛行体の位置及び／又は速度の範囲を導出し、前記推定された位置及び／又は速度と前記導出された位置及び／又は速度の範囲とを比較して前記飛行体の位置及び／又は速度を導出することを特徴とする請求項１に記載の飛行体。
【請求項３】
前記飛行制御部は、前記受光部から得られる光の強度に基づいて前記飛行体が存在する領域を導出することで前記飛行体の位置及び／又は速度の範囲を導出することを特徴とする請求項２に記載の飛行体。
【請求項４】
前記受光部は、前記飛行体に搭載された複数の受光素子から構成されることを特徴とする請求項３に記載の飛行体。
【請求項５】
前記飛行制御部は、異なる受光素子で受光された光の強度差及び／又は前記複数の受光素子のうちの少なくとも一つの受光素子で受光された光の強度に基づいて、前記飛行体が存在する領域を導出することで前記飛行体の位置の範囲を導出することを特徴とする請求項４に記載の飛行体。
【請求項６】
前記飛行制御部は、現時点で導出された領域とそれ以前に導出された領域の変化に基づいて、前記飛行体の速度の範囲を導出することを特徴とする請求項５に記載の飛行体。
【請求項７】
前記飛行制御部は、前記複数の受光素子のうちの少なくとも一つの受光素子で受光された光の強度の変化に基づいて前記飛行体の速度の方向を検出し、前記飛行体の速度の方向を加味して前記飛行体の位置及び／又は速度の範囲を導出することを特徴とする請求項６に記載の飛行体。
【請求項８】
前記受光部は、前記飛行体の所定位置に配置された中央素子と、該中央素子を中心とした円周上に配置された少なくとも３つの外部素子とから構成されることを特徴とする請求項４に記載の飛行体。
【請求項９】
前記外部素子は、前記円周上に等角度間隔で偶数個配置されていることを特徴とする請求項８に記載の飛行体。
【請求項１０】
前記飛行制御部は、前記中央素子に対して対称となる位置に配置された外部素子で受光された光の強度差及び／又は前記中央素子で受光された光の強度に基づいて、前記飛行体が存在する領域を導出することで前記飛行体の位置の範囲を導出することを特徴とする請求項９に記載の飛行体。
【請求項１１】
前記飛行制御部は、現時点で導出された領域とそれ以前に導出された領域の変化に基づいて、前記飛行体の速度の範囲を導出することを特徴とする請求項１０に記載の飛行体。
【請求項１２】
前記飛行制御部は、前記中央素子で受光された光の強度の変化に基づいて前記飛行体の速度の方向を検出し、前記飛行体の速度の方向を加味して前記飛行体の位置及び／又は速度の範囲を導出することを特徴とする請求項１１に記載の飛行体。
【請求項１３】
前記推進装置を構成する複数のプロペラが前記円周上に配設されていることを特徴とする請求項８から１２のいずれかに記載の飛行体。
【請求項１４】
前記複数のプロペラは、前記外部素子と同じ位置に配設されていることを特徴とする請求項１３に記載の飛行体。
【請求項１５】
前記受光部は、前記飛行体の下面側に搭載され、前記飛行体の下方から発せられる光を受光することを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の飛行体。
【請求項１６】
前記飛行制御部は、高度検知部から得られる前記飛行体の高度に基づいて、あるいは、前記受光部から得られる光の強度に基づき導出される前記飛行体の高度に基づいて、前記推進装置の推進力を制御して前記飛行体の高度を制御することを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の飛行体。
【請求項１７】
前記飛行制御部は、前記姿勢検知部から得られる前記飛行体の姿勢角が所定の閾値よりも小さいときに、前記姿勢検知部から得られる姿勢角と前記受光部から得られる光の強度とに基づいて、前記推進装置の推進力を制御して前記飛行体の位置及び／又は速度を制御する請求項１から１６のいずれかに記載の飛行体。
【請求項１８】
推進装置により生成される推進力を利用して飛行する飛行体の飛行制御方法であって、
前記飛行体が光を発する発光体に対して一定の位置を維持するように、前記飛行体の姿勢角と前記光の強度とに基づいて、前記推進装置の推進力を制御して前記飛行体の位置及び／又は速度を制御することを特徴とする飛行体の飛行制御方法。
【請求項１９】
推進装置により生成される推進力を利用して飛行する飛行体の飛行制御に用いる発光装置であって、光を発する発光体と、該発光体のための電源とが載置台に搭載されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２０】
推進装置により生成される推進力を利用して飛行する飛行体の飛行制御を行う飛行制御システムであって、
光を発する発光体と、該発光体のための電源とが載置台に搭載された発光装置と、
前記飛行体の姿勢を検知する姿勢検知部と、前記発光体から発せられる光を受光する受光部と、前記飛行体が前記発光体に対して一定の位置を維持するように、前記姿勢検知部から得られる姿勢角と前記受光部から得られる光の強度とに基づいて、前記推進装置の推進力を制御して前記飛行体の位置及び／又は速度を制御する飛行制御部と、を備える飛行体と、から構成されていることを特徴とする飛行制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行体及びその飛行制御方法、飛行体の飛行制御に用いる発光装置、並びに、飛行制御システムに係り、例えば、ＧＰＳ装置やカメラ装置を用いることなく空中停止飛行（ホバリング）を容易かつ適正に行うことのできる飛行体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、飛行体に搭載されたＧＰＳ装置やカメラ装置を用いて、無人飛行時の飛行位置（平面位置や二次元位置）や飛行高度（高さ位置）を制御する技術が知られている。
【０００３】
この種の従来技術として、たとえば特許文献１には、飛行体に設けられた航行手段と、位置測定部と、前記航行手段を制御する飛行制御部と、前記位置測定部と前記飛行制御部とを制御する主演算制御部とを具備し、前記位置測定部は飛行体の地上座標を測定するＧＰＳ装置と、飛行体下方のデジタル画像を撮像する鉛直カメラとを有し、該鉛直カメラにより撮像した２地点の画像と、前記ＧＰＳ装置により測定した２地点の地上座標と、前記鉛直カメラの焦点距離に基づき前記飛行体の高度を測定し、前記主演算制御部は測定された高度に基づき前記飛行制御部を介して前記航行手段を制御し、前記飛行体を所定の高度で飛行させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５６１８８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に所載のような、ＧＰＳ装置やカメラ装置を使用して飛行時の飛行位置や飛行高度を制御する従来技術では、飛行体の地上座標を正確に測定できるものの、高度な演算能力が必要となり、演算負荷や消費電力が大きくなるといった問題や、飛行体自体が高価になるといった問題を招いていた。また、ＧＰＳ装置を使用する従来技術では、建物内やトンネル内といった閉塞空間においてＧＰＳ電波の受信感度が低下し、飛行体を正確に制御することができなくなるといった問題が生じるとともに、カメラ装置を使用する従来技術では、飛行体自体の重量の増加や体格（たとえば、推力を生み出すための翼）の大型化を招くといった問題があった。
【０００６】
また、飛行体に搭載された姿勢センサや高度センサ、位置センサ等を使用して飛行時の飛行位置や飛行高度を制御する技術も知られているが、そのような従来技術では、各センサから出力されるセンサ値に基づいて物理的な運動モデルから加速度を求め、その加速度を積分して飛行体の位置や速度を求めているので、次第に誤差が大きくなる。そのため、そのように求めた位置や速度のままでは、飛行体の飛行制御に利用し得ないことが知られている。
【０００７】
本発明は、前記課題に鑑みてされたものであって、その目的とするところは、ＧＰＳ装置やカメラ装置を用いることなく飛行時の飛行位置を適正に制御することのできる、安価でかつ小型の飛行体及びその飛行制御方法、飛行体の飛行制御に用いる発光装置、並びに、飛行制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記する課題を解決するために、本発明に係る飛行体は、推進装置により生成される推進力を利用して飛行する飛行体であって、前記飛行体の姿勢を検知する姿勢検知部と、光を受光する受光部と、前記飛行体が前記光を発する発光体に対して一定の位置を維持するように、前記姿勢検知部から得られる姿勢角と前記受光部から得られる光の強度とに基づいて、前記推進装置の推進力を制御して前記飛行体の位置及び／又は速度を制御する飛行制御部と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
好ましい態様では、前記飛行制御部は、前記姿勢検知部から得られる姿勢角に基づいて前記飛行体の位置及び／又は速度を推定すると共に、前記受光部から得られる光の強度に基づいて前記飛行体の位置及び／又は速度の範囲を導出し、前記推定された位置及び／又は速度と前記導出された位置及び／又は速度の範囲とを比較して前記飛行体の位置及び／又は速度を導出する。
【００１０】
更に好ましい態様では、前記飛行制御部は、前記受光部から得られる光の強度に基づいて前記飛行体が存在する領域を導出することで前記飛行体の位置及び／又は速度の範囲を導出する。
【００１１】
また、本発明に係る飛行体の飛行制御方法は、推進装置により生成される推進力を利用して飛行する飛行体の飛行制御方法であって、前記飛行体が光を発する発光体に対して一定の位置を維持するように、前記飛行体の姿勢角と前記光の強度とに基づいて、前記推進装置の推進力を制御して前記飛行体の位置及び／又は速度を制御することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明に係る発光装置は、推進装置により生成される推進力を利用して飛行する飛行体の飛行制御に用いる発光装置であって、光を発する発光体と、該発光体のための電源とが載置台に搭載されていることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明に係る飛行制御システムは、推進装置により生成される推進力を利用して飛行する飛行体の飛行制御を行う飛行制御システムであって、光を発する発光体と、該発光体のための電源とが載置台に搭載された発光装置と、前記飛行体の姿勢を検知する姿勢検知部と、前記発光体から発せられる光を受光する受光部と、前記飛行体が前記発光体に対して一定の位置を維持するように、前記姿勢検知部から得られる姿勢角と前記受光部から得られる光の強度とに基づいて、前記推進装置の推進力を制御して前記飛行体の位置及び／又は速度を制御する飛行制御部と、を備える飛行体と、から構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、飛行体が受光部で受光可能な光を発する発光体に対して一定の位置を維持するように、飛行体の姿勢角（傾斜角）と光の強度とに基づいて、飛行体に搭載された推進装置の推進力を制御して飛行体の位置及び／又は速度を制御する。これにより、ＧＰＳ装置やカメラ装置を用いることなく飛行時の飛行位置を適正に制御できるため、安価でかつ小型の飛行体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る飛行体の一実施形態が適用される飛行制御システムの全体構成を概略的に示すシステム構成図。
【図２】図１に示す飛行体を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は下面図。
【図３】図１に示す飛行体におけるマイコンの回路構成を示すブロック図。
【図４】図３に示すエリア導出部におけるエリア導出処理の説明に供される図であり、（Ａ）は飛行体中心からのずれ量と光の強度差との関係を説明する図、（Ｂ）、（Ｃ）は分割された領域を説明する図。
【図５】図３に示す位置・速度導出部における補正処理の説明に供される図。
【図６】図３に示すマイコンによる飛行制御処理の説明に供されるフローチャート。
【図７】図６に示す位置・速度範囲導出ステップの説明に供されるフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００１７】
なお、以下では、主に、本発明がドローンやマルチコプター等と称される自律飛行可能な小型無人飛行機に適用される場合について説明するが、本発明は、例えば、有人のヘリコプターや飛行船等といった各種の飛行体に適用し得ることは勿論である。
【００１８】
図１は、本発明に係る飛行体の一実施形態が適用される飛行制御システム（本発明に係る飛行制御システム）の全体構成を概略的に示すシステム構成図である。
【００１９】
図示する飛行制御システム１は、基本的に、発光体１３を備えた発光装置１０と、前記発光体１３から発せられる光を受光する受光部３０（図２（Ｂ）参照）を備えた飛行体２０とで構成されている。
【００２０】
前記発光装置１０は、主に、板状の載置台１１に、LED（Light Emitting Diode）等からなる発光体１３、該発光体１３の発光パターン等を制御する制御部としてのマイコン１４、及び、発光体１３とマイコン１４のための電源１５を有する発光部１６が搭載されて構成されている。
【００２１】
前記発光体１３は、外乱光の影響を受け難い赤外光を発するとともに、前記マイコン１４は、前記発光体１３をパルスで発光させることで、消灯時と点灯時の時間差から外乱光の影響が低減された光が得られるようになっている。なお、前記マイコン１４は、前記発光体１３から発生される光を変調することで、外乱光の影響を低減するようにしてもよい。また、電源１５としては、例えば、乾電池等の一次電池、充電可能な二次電池（蓄電池）、燃料電池、太陽光電池、AC電源等を使用することができる。
【００２２】
また、前記載置台１１には、当該発光装置１０（に搭載された発光体１３）を移動自在とすべく、車輪や走行用モータ等からなる可動装置１２と外部から送信される指令信号を受信するための受信機１７とが取り付けられている。
【００２３】
前記発光装置１０は、受信機１７を介して外部から移動に関する指令信号を受信すると、その指令信号が発光部１６のマイコン１４に入力され、マイコン１４が可動装置１２を駆動させることで、当該発光装置１０（に搭載された発光体１３）が例えば地上を移動する。そして、地上を移動する発光体１３の移動に追従して、その上空を飛行する飛行体２０も移動することになる（詳細は後述）。なお、マイコン１４は、予め内部に記憶された移動（走行）軌跡に基づいて、可動装置１２を制御して駆動させるようにしてもよい。
【００２４】
なお、発光装置１０（に搭載された発光体１３）を移動させる必要がない、すなわち、飛行体２０を移動させる必要がなく、ある位置でホバリングさせる場合には、前記した可動装置１２と受信機１７は省略してもよい。
【００２５】
また、発光装置１０の具体的構成は、図示例に限定されず、例えば、携帯式の懐中電灯やペンライト、比較的大型の投光器等を使用してもよい。
【００２６】
一方、前記発光装置１０の上空を飛行（特に、ホバリング）する飛行体２０は、図１と併せて図２を参照すればよく理解されるように、平面視正方形の枠体２１ａと、該枠体２１ａの各角部から外側に向けて放射状に延びる４つの支持腕２１ｂと、着陸時に前記枠体２１ａ等を地面から浮かせておくために各支持腕２１ｂの先端部付近から下方に向けて延設された支持脚２１ｃと、からなる機体２１を有する。
【００２７】
前記機体２１における枠体２１ａには、飛行体２０の姿勢（傾き）を検知するための姿勢センサ（例えば、電子コンパスと３軸加速度計と３軸ジャイロセンサとを組み合わせたもの）（姿勢検知部）２２、高度を検知するための高度センサ（例えば、気圧計）（高度検知部）２３、飛行制御等に関する各種演算を行うマイコン２４等が搭載された制御基板２５が嵌め込まれて固定されている。
【００２８】
また、前記機体２１における各支持腕２１ｂの先端部には、モータ軸（回転軸）を上方に向けて配設されたモータ（例えば、コアレスモータ）２６ａと、該モータ２６ａのモータ軸に連結されたプロペラ（回転翼）２６ｂとからなる推進装置２６が配設されている。なお、飛行体２０（の機体２１）の中心に対して対称となる位置に配設されたプロペラ２６ｂは、逆向きに回転するようになっている。
【００２９】
また、前記制御基板２５の上面側に、制御基板２５や推進装置２６（のモータ２６ａ）等のためのバッテリ２７と、外部から送信される指令信号を受信するための受信機２８とが搭載されるとともに、前記制御基板２５の下面（裏面）側に、前記推進装置２６の各モータ２６ａを駆動させるためのMOSFET等からなる４つのモータドライバ２６ｃと、高度を検知するための高度センサ（例えば、超音波センサ）（高度検知部）２９とが配備されている。
【００３０】
なお、外部から送信される指令信号に基づいて飛行体２０を飛行させる必要がない場合には、前記した受信機２８は省略してもよい。また、飛行体２０の飛行に利用する推進力を生成する推進装置２６としては、上記したモータ２６ａとプロペラ２６ｂ等を使用したものに限定されず、例えばエンジン等を使用した各種の推進装置を採用できることは勿論である。
【００３１】
さらに、本実施形態では、前記飛行体２０（の機体２１）の下面側に、当該飛行体２０の下方に位置する発光装置１０の発光体１３から発せられる光を受光する５つの受光素子（例えば、フォトトランジスタ）３１〜３５からなる受光部３０が配備されている。
【００３２】
詳細には、特に図２（Ｂ）を参照すればよく理解されるように、前記受光部３０は、飛行体２０（の機体２１）の下面側中央に配置された受光素子（以下、中央素子と称する）３１と、前記機体２１における各支持腕２１ｂの先端部の下面側に配置された４つの受光素子（以下、外部素子と称する）３２〜３５とから構成されている。このような配置構成とすることで、前記４つの外部素子３２〜３５は、前記推進装置２６を構成するモータ２６ａやプロペラ２６ｂが配設された位置と略同じ位置であって、前記中央素子３１を中心とした円周上に等角度間隔に配置されると共に、前記中央素子３１（すなわち、飛行体２０の中心）に対して点対称あるいは前記中央素子３１を通る鉛直面に対して面対称に配置されることとなる。
【００３３】
なお、受光部３０を構成する受光素子の数や配置構成は、図示例に限定されず、各受光素子の相互の位置関係が規定されれば、適宜に変更できることは勿論である。また、図示例のように、中央素子３１を中心とした円周上に複数個の外部素子を配置する場合、少なくとも３個の外部素子を配置すればよいことは言うまでも無い。
【００３４】
また、載置台１１に搭載された各構成部品、機体２１に搭載又は配備された各構成部品は、不図示の配線を介して通信可能に接続されている。
【００３５】
かかる構成とされた飛行制御システム１では、前記飛行体２０が、前記発光装置１０の発光体１３から発せられる光を利用して前記発光装置１０（の発光体１３）の上空を飛行、特にホバリングする自律飛行制御が行われるようになっており、当該飛行体２０に搭載されたマイコン２４には、その自律飛行制御（飛行体２０が当該飛行体２０の下方に配置された発光装置１０の発光体１３に対して一定の位置を維持しながら飛行する、言い換えれば、前記発光体１３に対する飛行体２０の位置が一定となるように飛行する飛行制御）を実現するための飛行制御部１００が備えられている。
【００３６】
図３は、図１に示す飛行体２０におけるマイコン２４、特にその飛行制御部１００の回路構成を示すブロック図である。なお、この飛行制御部１００は、ハードウェアとして実現してもよいし、メモリなどの記憶装置に格納したプログラム（ソフトウェア）として実現してもよいし、これらを併用してもよい。
【００３７】
図３に示すように、前記飛行制御部１００は、基本的に、姿勢角導出部１０１、位置・速度推定部１０２、エリア導出部１０３、テーブル選択部１０４、位置・速度範囲導出部１０５、位置・速度導出部１０６、高度導出部１０７、および、制御量演算部１０８を備えている。
【００３８】
姿勢角導出部１０１は、制御基板２５に搭載された姿勢センサ２２から得られる情報に基づいて、飛行体２０の姿勢角（傾斜角）を導出し、その導出結果を位置・速度推定部１０２と制御量演算部１０８とに出力する。
【００３９】
位置・速度推定部１０２は、姿勢角導出部１０１から入力された現在の飛行体２０の姿勢角とメモリ部１０９ａに記憶された前回の飛行体２０の位置と速度（二次元的な位置と速度）とに基づいて、飛行体２０の現在の位置と速度（二次元的な位置と速度）を推定し、その推定結果を位置・速度導出部１０６に出力する。なお、この位置・速度推定部１０２における位置と速度の推定手法は、従来知られた手法であるため、ここではその詳細な説明は割愛する。
【００４０】
エリア導出部１０３は、AD変換部１１０ｂを介して外部素子３２〜３５から得られる光の強度（光量）に基づいて、飛行体２０が存在する二次元的な領域（平面領域）を導出する。ここで、外部素子３２〜３５から得られる光の強度（光量）は、発光体１３に近くなるに従って強くなる。そのため、対称となる位置にある外部素子（３２と３４、３３と３５、３２と３３、３２と３５、３４と３３、３４と３５）から得られる光の強度差は、飛行体２０の中心からのずれ量に応じて、例えば図４（Ａ）に示すように変化する。そこで、対称となる位置にある外部素子のある組み合わせについて、前記強度差が正か負か、および、前記強度差の絶対値が閾値以上か否かによって、図４（Ａ）に示すように、飛行体２０の位置を例えば４つの領域に分けて表現できる。なお、ここでの閾値は、例えば、中心に配置した中央素子３１から得られる光の強度によって決めることができる。そして、対称となる位置に配置した全ての外部素子の組み合わせ（図２も併せて参照）に対してそれぞれ、前記のような４つの領域に分けて表現できるので、それら全てを組み合わせることで、例えば図４（Ｂ）に示すように、飛行体２０の位置を二次元平面（XY平面）上で５６分割して表現することができる。また、中央に配置した中央素子３１から得られる光の強度は、飛行体２０の中心からの発光体１３の位置のずれ量に対応するので、ある強度を閾値とすることで、例えば図４（Ｃ）に示すように、円形の境界を付加することもできる。エリア導出部１０３は、外部素子３２〜３５から得られる光の強度に基づいて、上記のように分割された二次元平面（XY平面）上の領域から現時点で飛行体２０が存在する領域（図５に示す例では、X方向でX1=0〜X2、Y方向でY1=0〜Y2の領域）を導出し、その導出結果をメモリ部１０９ｂと位置・速度範囲導出部１０５とに出力する。
【００４１】
位置・速度範囲導出部１０５は、エリア導出部１０３から入力された飛行体２０の現在の領域に基づいて、事前に付与されたテーブル（各領域と取り得る位置の範囲との関係を規定するテーブル）から、飛行体２０の現在の位置の範囲（X方向とY方向の位置の範囲）を導出し、その導出結果を位置・速度導出部１０６に出力する。
【００４２】
また、位置・速度範囲導出部１０５は、エリア導出部１０３から入力された飛行体２０の現在の領域とメモリ部１０９ｂに記憶された飛行体２０の前回の領域とに基づいて、事前に付与されたテーブル（領域変化と取り得る速度の範囲との関係を規定するテーブル）から、飛行体２０の現在の速度の範囲（X方向とY方向の速度の範囲）を導出する。ここで、前記位置・速度範囲導出部１０５は、前記した二次元平面（XY平面）上での領域の分割数が少ない（すなわち、分割が荒い）と、例えば隣り合う領域で変化した場合や領域変化がない場合等において、速度の範囲を精緻に求める（すなわち、狭める）ことができない場合がある。そこで、前記位置・速度範囲導出部１０５は、飛行体２０の速度の方向を加味することで、前記速度の範囲を精度良く求めることができる。
【００４３】
具体的には、飛行制御部１００に設けられたテーブル選択部１０４が、AD変換部１１０ａを介して中央素子３１から得られる現在の光の強度とメモリ部１０９ｃに記憶された前回の光の強度の変化を求め、強度が増加している場合には、発光体１３に向かう方向で飛行していると判断し、強度が減少している場合には、発光体１３から離れる方向で飛行していると判断する。メモリ部１０９ｄには、飛行体２０の飛行（速度）の方向に応じた２つのテーブル（領域変化と取り得る速度の範囲との関係を規定するテーブル）が予め記憶されており、テーブル選択部１０４は、中央素子３１から得られる光の強度の変化に応じて飛行体２０の速度の方向を検出し、その飛行体２０の速度の方向に応じたテーブルをメモリ部１０９ｄから選択し、選択したテーブルを位置・速度範囲導出部１０５に出力する。位置・速度範囲導出部１０５は、上記した飛行体２０の現在の領域と飛行体２０の前回の領域の変化に基づいて、テーブル選択部１０４から入力されたテーブルから、飛行体２０の現在の速度の範囲を導出し、その導出結果を位置・速度導出部１０６に出力する。
【００４４】
位置・速度導出部１０６は、位置・速度推定部１０２から入力された飛行体２０の現在の位置と速度（推定値）と位置・速度範囲導出部１０５から入力された飛行体２０の現在の位置と速度の範囲とに基づいて、飛行体２０の現在の位置と速度を導出する。具体的には、例えば、図５に示すように、飛行体２０の現在の位置と速度（推定値）と飛行体２０の現在の位置と速度の範囲とを比較し、飛行体２０の現在の位置と速度（推定値）が飛行体２０の現在の位置と速度の範囲に収まるように前記飛行体２０の現在の位置と速度（推定値）を補正して、飛行体２０の現在の位置と速度を導出し、その導出結果を制御量演算部１０８に出力する。なお、この位置・速度導出部１０６における位置と速度の補正手法は、図示例に限定されないことは勿論である。
【００４５】
また、高度導出部１０７は、制御基板２５に搭載された高度センサ２３あるいは制御基板２５の下面側に配備された高度センサ２９から得られる情報に基づいて、飛行体２０の高度を導出し、その導出結果を制御量演算部１０８に出力する。
【００４６】
制御量演算部１０８は、当該飛行体２０を発光装置１０の発光体１３の真上でホバリングさせるべく、姿勢角導出部１０１から入力された飛行体２０の姿勢角、位置・速度導出部１０６から入力された飛行体２０の現時点での位置と速度、高度導出部１０７から入力された飛行体２０の高度等に基づいて、推進装置２６を構成する各モータ２６ａに対する制御量を演算し、その演算結果をモータドライバ２６ｃに出力する。
【００４７】
モータドライバ２６ｃは、制御量演算部１０８から送信された制御量に基づき各モータ２６ａに対する制御信号を生成し、その制御信号に基づいて各モータ２６ａの回転数を制御することで、飛行体２０は、自身の姿勢を制御しながら発光装置１０の発光体１３の真上（の所望の高さ）で飛行し続けることができる。なお、この場合、飛行体２０は、予め決められた高度で飛行するようにしてもよいし、受信機２８を介して外部から受信した高度に基づいて飛行するようにしてもよい。
【００４８】
また、このとき、発光装置１０に設けられた可動装置１２を駆動させて当該発光装置１０（に搭載された発光体１３）を移動させることにより、その発光体１３の移動に追従するように、上空を飛行する飛行体２０を任意に移動させることもできる。
【００４９】
図６は、図３に示すマイコン２４による飛行制御処理（本発明に係る飛行体の飛行制御方法）の説明に供されるフローチャート、図７は、図６に示す位置・速度範囲導出ステップの説明に供されるフローチャートである。
【００５０】
なお、図６および図７に示す飛行制御を実行するに当たっては、例えば、飛行体２０を発光体１３の上方に配置した状態から始動し、その始動と同時に前記飛行制御が行われるようにしてもよいし、飛行体２０を始動し、受信機２８を介して外部から受信する指令信号に基づいて発光体１３の上方もしくはその近傍まで誘導させた後に、前記飛行制御が行われるようにしてもよい。また、後者の場合には、例えば、受信機２８を介して外部から受信する指令信号（例えば、制御開始スイッチ操作信号等）に基づいて前記飛行制御を開始するようにしてもよいし、受光部３０が所定の強度以上の光を受光したら自動的に前記飛行制御を開始するようにしてもよい。さらに、前記飛行体２０を発光体１３の上に載置した状態で発光体１３を点灯させると、自動的に前記飛行制御を開始するようにしてもよい。
【００５１】
マイコン２４の飛行制御部１００では、図６に示すように、まず、飛行体２０の現在の姿勢角（傾斜角）を導出し（Ｓ２０１）、その姿勢角から飛行体２０の姿勢（傾き）を制御するための制御条件を導出する（Ｓ２０２）。また、飛行体２０の高度を導出し（Ｓ２０３）、その高度から飛行体２０の高度を制御するための制御条件を導出する（Ｓ２０４）。
【００５２】
次いで、Ｓ２０１で導出した姿勢角から飛行体２０の現在の位置と速度を推定すると共に（Ｓ２０５）、その姿勢角が予め決められた閾値よりも小さいか否かを判断する（Ｓ２０６）。飛行体２０の姿勢角が前記閾値以上である場合、飛行体２０が大きく傾いた姿勢で移動している最中であり、飛行体２０の現在の位置と速度の範囲を正確に導出することが難しいので、Ｓ２０５で推定した飛行体２０の現在の位置と速度に基づいて、飛行体２０の現在の位置と速度を制御するための制御条件を導出する（Ｓ２１１）。
【００５３】
一方、飛行体２０の姿勢角が前記閾値よりも小さい場合には、受光部３０（の受光素子３１〜３５）で受光する光の強度（光量）を測定し（Ｓ２０７）、その光量から飛行体２０の現在の位置と速度の範囲を導出する（Ｓ２０８）。
【００５４】
詳細には、図７に示すように、対称となる位置にある外部素子（３２と３４、３３と３５、３２と３３、３２と３５、３４と３３、３４と３５）から得られる光の強度差を測定し（Ｓ３０１）、その強度差から現時点で飛行体２０が存在する領域（平面領域）を導出する（Ｓ３０２）。次いで、現在の飛行体２０が存在する領域とそれより以前である前回の飛行体２０が存在する領域とを比較し（Ｓ３０３）、その領域変化の履歴を導出する（Ｓ３０４）。次に、中央素子３１から得られる光の強度の変化を導出し（Ｓ３０５）、中央素子３１から得られる光の強度が増加したか否かを判断する（Ｓ３０６）。その光の強度が増加した場合には、飛行体２０が発光体１３に向かう方向で飛行していると判断して、テーブルＡを選択し（Ｓ３０７）、その光の強度が減少した場合には、飛行体２０が発光体１３から離れる方向で飛行していると判断して、テーブルＢを選択する（Ｓ３０８）。そして、Ｓ３０４で導出した領域変化の履歴と、Ｓ３０７又はＳ３０８で選択したテーブルＡ又はテーブルＢ等から、飛行体２０の現在の位置と速度の範囲を導出する（Ｓ３０９）。
【００５５】
なお、例えば、テーブルＡとしては、飛行体２０の速度の範囲を発光体１３に向かう方向のみに規定し、テーブルＢとしては、飛行体２０の速度の範囲を発光体１３から離れる方向のみに規定するように、各テーブルを設定しておくことで、領域変化がない場合等であっても、飛行体２０の速度の範囲を精度良く求めることができる。
【００５６】
上記のように飛行体２０の位置と速度の範囲を導出した後、図６に示すように、Ｓ２０５で推定した飛行体２０の現在の位置と速度が、Ｓ２０８で導出した飛行体２０の現在の位置と速度の範囲内に収まっているか否かを判断する（Ｓ２０９）。範囲内に収まっている場合には、Ｓ２０５で推定した飛行体２０の位置と速度の推定精度が高く、それらを補正する必要がないので、Ｓ２０５で推定した飛行体２０の位置と速度を使用して、飛行体２０の現在の位置と速度を制御するための制御条件を導出する（Ｓ２１１）。一方で、範囲内に収まっていない場合には、Ｓ２０５で推定した飛行体２０の位置と速度が前記範囲内に収まるように補正し（Ｓ２１０）、Ｓ２１０で補正した飛行体２０の現在の位置と速度を使用して、飛行体２０の現在の位置と速度を制御するための制御条件を導出する（Ｓ２１１）。
【００５７】
そして、Ｓ２０２で導出した飛行体２０の姿勢に関する制御条件、Ｓ２０４で導出した飛行体２０の高度に関する制御条件、Ｓ２１１で導出した飛行体２０の位置と速度（二次元的な位置と速度）に関する制御条件を満たす最終出力値（制御量）を決定し、その最終出力値をモータドライバ２６ｃに出力する（Ｓ２１２）。
【００５８】
このように、本実施形態では、飛行体２０が当該飛行体２０の受光部３０で受光可能な光を発する発光体１３に対して一定の位置を維持しながら飛行するように、飛行体２０の（飛行中の）姿勢角（傾斜角）と光の強度とに基づいて、飛行体２０に搭載された推進装置２６の推進力を制御して飛行体２０の位置及び／又は速度を制御する。その際、発光体１３から発せられる光を受光する受光部３０として、当該飛行体２０に搭載された複数の受光素子３１〜３５を利用する。これにより、ＧＰＳ装置やカメラ装置を用いることなく飛行時の飛行位置を適正に制御できるため、安価でかつ小型の飛行体を提供することができる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、制御基板２５に搭載された高度センサ２３あるいは制御基板２５の下面側に配備された高度センサ２９から得られる情報に基づいて、飛行体２０の高度（高さ位置）を導出しているが、例えば、受光部３０から得られる情報に基づいて飛行体２０の高度（高さ位置）を導出してもよく、その場合には、前記高度センサ２３、２９を省略してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１      飛行制御システム
１０    発光装置
１１    載置台
１２    可動装置
１３    発光体
１４    マイコン
１５    電源
１６    発光部
１７    受信機
２０    飛行体
２１    機体
２１ａ  枠体
２１ｂ  支持腕
２１ｃ  支持脚
２２    姿勢センサ（姿勢検知部）
２３    高度センサ（高度検知部）
２４    マイコン
２５    制御基板
２６    推進装置
２６ａ  モータ
２６ｂ  プロペラ
２６ｃ  モータドライバ
２７    バッテリ
２８    受信機
２９    高度センサ（高度検知部）
３０    受光部
３１    受光素子（中央素子）
３２〜３５  受光素子（外部素子）
１００  飛行制御部
１０１  姿勢角導出部
１０２  位置・速度推定部
１０３  エリア導出部
１０４  テーブル選択部
１０５  位置・速度範囲導出部
１０６  位置・速度導出部
１０７  高度導出部
１０８  制御量演算部
１０９ａ〜１０９ｄ  メモリ部
１１０ａ、１１０ｂ  AD変換部
【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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