JP6721098B1 - 無人航空機 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の無人航空機は、噴射した流体を対象物に正確に着弾させることが困難である。【解決手段】エアゾール容器を搭載可能な無人航空機であって、吐出口を有し、吐出口からエアゾール容器の内容物を吐出する吐出部と、内容物の吐出範囲を撮像可能なカメラと、予め定められた情報を取得する情報取得部と、情報取得部で得た情報に基づき、内容物の着弾予想位置を予想する予想部とを備える無人航空機を提供する。無人航空機は、内容物の吐出範囲を撮像可能なカメラと、当該カメラと連結され、姿勢を可変とする回転自由度を有する姿勢制御機構である連結部とを備えてよい。【選択図】図5

Description

本発明は、無人航空機に関する。
従来、流体噴射ノズルを備えた無人航空機が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1 特開2019−18589号公報
従来の無人航空機は、噴射した流体を対象物に正確に着弾させることが困難である。
本発明の第1の態様においては、エアゾール容器を搭載可能な無人航空機であって、吐出口を有し、吐出口からエアゾール容器の内容物を吐出する吐出部と、内容物の吐出範囲を撮像可能なカメラと、予め定められた情報を取得する情報取得部と、情報取得部で得た情報に基づき、内容物の着弾予想位置を予想する予想部とを備える無人航空機を提供する。
カメラは、姿勢を可変とする回転自由度を有する姿勢制御機構に支持されてよい。
無人航空機は、カメラで撮像中の映像を確認するためのモニタと通信する通信部を備えてよい。通信部は、予想部が予想した着弾予想位置を送信してよい。
無人航空機は、内容物の着弾目標位置を定める照準部と、着弾目標位置と着弾予想位置との差を減少させるように吐出口の向きを制御する吐出方向制御部とを備えてよい。
吐出方向制御部は、姿勢を可変とする回転自由度を有する姿勢制御機構に支持されてよい。
吐出方向制御部は、無人航空機の姿勢を制御してよい。
予想部は、予想部が予想する着弾予想位置を補正する補正部を備えてよい。
補正部は、内容物の拡散量に応じて、補正量を与えてよい。
情報取得部は、内容物が着弾した着弾位置を取得してよい。補正部は、着弾位置と着弾予想位置との差分に応じて、補正量を与えてよい。
情報取得部は、吐出された内容物の軌跡を取得してよい。補正部は、内容物の軌跡に応じて、補正量を与えてよい。
情報取得部は、吐出口と着弾目標位置との距離を取得する距離センサを備えてよい。補正部は、距離に応じた補正量を与えてよい。
情報取得部は、前記内容物を吐出する対象物の形状を取得する形状取得部を備えてよい。補正部は、形状に応じた補正量を与えてよい。
情報取得部は、風向と風速を検出する風力センサを有してよい。補正部は、風力センサの検出結果に基づいて、補正量を与えてよい。
無人航空機は、無人航空機の飛行を制御する飛行制御部を備えてよい。補正部は、飛行制御部が算出する対気速度および対地速度の出力値に基づいて、補正量を与えてよい。
無人航空機は、情報取得部が取得した情報に応じて、内容物の吐出に伴う自機汚染についての危険性を評価し、吐出の警告または禁止の管制を行う吐出管制部を備えてよい。
吐出管制部は、吐出の警告または禁止に応じて警告情報を発信してよい。
吐出部は、内容物を吐出するノズルを有してよい。吐出管制部は、ノズルの姿勢に応じて、管制を行ってよい。
吐出管制部は、吐出口と着弾目標位置との距離に応じて管制を行ってよい。
吐出管制部は、無人航空機の対気速度および対地速度の出力値に基づいて管制を行ってよい。
吐出管制部は、風向および風速の少なくとも1つに応じて管制を行ってよい。
予想部は、内容物の弾道データを用いて着弾予想位置を予想してよい。
無人航空機は、エアゾール容器を保持するための収容部材を備えてよい。
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
無人航空機100の正面図の一例を示す。 図1Aに係る無人航空機100の左側面図の一例を示す。 無人航空機100の正面図の他の例を示す。 図2Aに係る無人航空機100の左側面図を示す。 容器保持部40の構成の一例を示す。 無人航空機100の操縦システム300の一例を示す。 無人航空機100の機能ブロック図の一例を示す。 吐出された内容物の軌跡と拡散範囲の一例を示す。 吐出された内容物の水平方向の拡散範囲を示す。 内容物を吐出している無人航空機100の一例を示す。 表示部210の表示画面の一例を示す。 表示部210の表示画面の一例を示す。 表示部210の表示画面の一例を示す。 表示部210の表示画面の一例を示す。 内容物を吐出している無人航空機100の一例を示す。 表示部210の操作による吐出制御方法の一例を示す。 姿勢制御された無人航空機100の一例を示す。 姿勢制御後の表示部210の表示画面の一例を示す。 内容物を吐出している無人航空機100の一例を示す。 図10Aの無人航空機100に対応する表示部210の一例を示す。 内容物を吐出している無人航空機100の一例を示す。 内容物を吐出している無人航空機100の一例を示す。 無人航空機100による補正方法の一例を示す。 補正後に内容物を吐出している無人航空機100の一例を示す。 軌跡152に基づく吐出制御方法の一例を示す。 軌跡152を用いた補正後の吐出の一例を示す。 無人航空機100の構成の一例を示す。 無人航空機100の飛行制御方法の一例を示す。 無人航空機100の飛行制御方法の一例を示す。 無人航空機100の構成を示すブロック図の一例である。 無人航空機100の自機汚染の可能性がある状態の一例を示す。 吐出管制部90の管制方法の一例を説明するための図である。 吐出管制部90の管制方法の一例を説明するための図である。 吐出を禁止する場合の表示部210の一例を示す。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図1Aは、無人航空機100の正面図の一例を示す。図1Bは、図1Aに係る無人航空機100の左側面図の一例を示す。
無人航空機100は、空中を飛行する飛行体である。本例の無人航空機100は、本体部10と、推進部20と、容器保持部40と、吐出部50と、情報取得部60とを備える。なお、本明細書では、本体部10において、固定カメラ12が設けられた面を無人航空機100の正面と称するが、飛行方向が正面方向に限定されるものではない。
本体部10は、無人航空機100の各種制御回路および電源等を格納する。また、本体部10は、無人航空機100の構成同士を連結する構造体として機能してよい。本例の本体部10は、推進部20に連結されている。本例の本体部10は、固定カメラ12を備える。
固定カメラ12は、本体部10の側面に設けられる。固定カメラ12は、無人航空機100の正面を撮像する。一例において、固定カメラ12で撮像された映像は、無人航空機100の端末装置に送信される。無人航空機100の操縦者は、固定カメラ12で撮像した映像に基づいて無人航空機100を操作してよい。また、無人航空機100の操縦者は、直接、無人航空機100を見て操縦してもよい。なお、本例の固定カメラ12は、内容物の吐出範囲を撮像する。
推進部20は、無人航空機100を推進させる。推進部20は、回転翼21および回転駆動部22を有する。本例の無人航空機100は、4つの推進部20を備える。推進部20は、腕部24を介して本体部10に取り付けられている。なお、無人航空機100は、固定翼を備える飛行体であってもよい。
推進部20は、回転翼21を回転させることにより推進力を得る。回転翼21は、本体部10を中心として4つ設けられているが、回転翼21の配置方法は本例に限られない。回転翼21は、腕部24の先端に回転駆動部22を介して設けられる。
回転駆動部22は、モータ等の動力源を有し回転翼21を駆動させる。回転駆動部22は、回転翼21のブレーキ機構を有してよい。回転翼21および回転駆動部22は、腕部24を省略して本体部10に直接取り付けられてもよい。
腕部24は、本体部10から放射状に延伸して設けられる。本例の無人航空機100は、4つ推進部20に対応して設けられた4つの腕部24を備える。腕部24は、固定式であっても可動式であってもよい。腕部24には、カメラ等の他の構成が固定されてよい。
容器保持部40は、内容物が保存された後述の容器150を保持する。容器保持部40は、連結部42を介して本体部10に連結される。容器保持部40は、腕部24または脚部15等の本体部10以外の部材に連結されてもよい。一例において、容器保持部40は、容器150を収容する筒状のスリーブである。
容器保持部40の材料は、容器150を収容する収容部の形状を保持することができるものであれば、特に限定されない。例えば、容器保持部40の材料は、アルミ等の金属、プラスチック、または炭素繊維等の強度が高く軽量の素材を含む。また、容器保持部40の材料は、硬質の材料に限らず、軟質の材料、例えば、シリコーンゴムまたはウレタンフォーム等のゴム材料を含んでもよい。なお、容器保持部40は、容器150を加熱または保温するための加熱機構を備えてよい。
連結部42は、本体部10と容器保持部40とを連結する。連結部42は、固定であっても可動であってもよい。連結部42は、容器保持部40の位置を3軸方向に制御するためのジンバルであってよい。一例において、連結部42は、容器保持部40の位置を移動することにより、吐出部50の吐出方向を調整する。なお、連結部42の規格を統一しておくことにより、容器150に合わせた任意の容器保持部40に交換することができる。これにより、サイズまたは種類の異なる容器150に対応できる。
吐出部50は、容器150と接続され、容器150の内容物を吐出する。内容物は、液体、気体または固体のいずれであってもよい。内容物は、粉状、粒状またはゲル状等のいずれの状態であってもよい。吐出部50は、内容物を吐出するためのノズル54を有する。吐出部50は、容器150の内容物を吐出するための吐出口51を有する。
情報取得部60は、予め定められた情報を取得する。本例の情報取得部60は、吐出部50からの吐出の制御に必要な情報を取得する。例えば、情報取得部60は、距離センサ、形状取得部または風力センサを有する。本例の情報取得部60は、2つの脚部15にそれぞれ設けられている。情報取得部60は、腕部24などの他の部材に取り付けられてもよく、本体部10に内蔵されてもよい。
脚部15は、本体部10に連結されて、着陸時に無人航空機100の姿勢を保持する。脚部15は、推進部20を停止した状態で、無人航空機100の姿勢を保持する。本例の無人航空機100は、2本の脚部15を有する。脚部15には、容器保持部40が取り付けられてもよい。
図2Aは、無人航空機100の正面図の他の例を示す。図2Bは、図2Aに係る無人航空機100の左側面図を示す。本例の無人航空機100は、可動カメラ30を備える点で図1Aおよび図1Bの実施例と相違する。本例では、図1Aおよび図1Bの実施例と相違する点について、特に説明する。
可動カメラ30は、無人航空機100の周囲の映像を撮影する。本例の可動カメラ30は、本体部10の下方に設けられる。一例において、下方とは、本体部10に対して回転翼21が設けられた側と反対側を指す。可動カメラ30は、本体部10に設けられた固定カメラ12と異なる領域の映像を撮影する。例えば、可動カメラ30は、吐出部50からの吐出を制御するために、固定カメラ12よりも狭い領域の映像を取得する。また、可動カメラ30は、固定カメラ12が進行方向を撮影している場合に、吐出部50の吐出方向の映像を撮影してよい。なお、可動カメラ30は、内容物の吐出範囲を撮像可能なカメラの一例である。
本例の無人航空機100が操縦用の固定カメラ12および吐出制御用の可動カメラ30を備えることにより、操縦者による操作が容易になる。操縦用の操作画面と吐出制御用の操作画面を切り替える必要がないので、操縦者の混乱を防止できる。また、吐出制御しながら無人航空機100の周囲を容易に把握することができる。
連結部32は、本体部10と可動カメラ30とを連結する。連結部32は、固定であっても可動であってもよい。一例において、連結部32は、可動カメラ30の姿勢を可変とする回転自由度を有する姿勢制御機構である。連結部32は、可動カメラ30の位置を3軸方向に制御するためのジンバルであってよい。連結部32は、吐出部50の吐出方向に合わせて、可動カメラ30の向きを制御してよい。
連結部52は、本体部10と吐出部50とを連結する。連結部52は、固定であっても可動であってもよい。連結部52は、吐出部50の位置を3軸方向に制御するためのジンバルであってよい。一例において、連結部52は、吐出部50の位置を移動することにより吐出方向を調整する。本例では、容器保持部40が脚部15に固定されている。
延伸部53は、容器保持部40の容器150から吐出部50まで延伸して設けられる。これにより、延伸部53は、吐出部50を容器保持部40から離れた任意の位置に配置することができる。よって、無人航空機100のレイアウトの自由度が向上する。また、吐出部50をジンバルに取り付けることによって吐出方向を遠隔操作しやすくなる。
情報取得部60は、可動カメラ30に取り付けられている。本例では、2つの情報取得部60が可動カメラ30に取り付けられている。情報取得部60は、図1Aおよび図1Bと同様に脚部15に取り付けられてよい。情報取得部60は、吐出部50の近傍に設けられた可動カメラ30に取り付けられるので、吐出部50により近い位置から情報を取得することができる。
なお、無人航空機100は、複数の容器保持部40を備えてもよい。複数の容器保持部40は、同一の種類の容器150を有してもよいし、異なる種類の容器150をそれぞれ有してもよい。
図3は、容器保持部40の構成の一例を示す。図3は、容器保持部40の断面図を示している。容器保持部40は、容器150を保持する。本例の容器保持部40は、本体41と、第1端カバー部43と、第2端カバー部44とを備える。本体41、第1端カバー部43および第2端カバー部44は、容器150を保持するための収容部材を構成する。また、容器保持部40は、容器150からの吐出を制御するための吐出駆動部80を備える。
容器150は、内部に充填された内容物をガス圧によって吐出するエアゾール容器であってよい。例えば、容器150は、内部に充填された液化ガスまたは圧縮ガスのガス圧によって内容物を噴出する。本例の容器150は、金属製のエアゾール缶である。容器150は、耐圧性を有するプラスチック容器であってよい。容器150は、容器保持部40に収容された状態で搭載される。容器150は、エアゾール容器に限られず、樹脂製タンクであってもよい。
なお、噴射剤としては、炭化水素(液化石油ガス)(LPG)、ジメチルエーテル(DME)、フッ化炭化水素(HFO−1234ze)等の液化ガス、二酸化炭素(CO)、窒素(N)、亜酸化窒素(NO)等の圧縮ガスが用いられてよい。
本体41は、容器150より大径の円筒状の形状を有する。本例の本体41は、第1端カバー部43および第2端カバー部44に挟まれている。
第1端カバー部43は、本体41の一方の端部を覆う。本例の第1端カバー部43は、容器150の噴射側の端部を覆う。第1端カバー部43は、本体41に対してネジ部45を介して着脱可能にねじ込み固定される。本例の第1端カバー部43は、ドーム状のカバー本体を有する。第1端カバー部43は、空力特性を考慮して先端に向かって徐々に小径となるように縮径される。第1端カバー部43は、先端が丸みを帯びた円錐状またはドーム状の曲面を有する。このように空力特性のよい形状とすることにより、横風の影響が小さくなり、飛行の安定化を図ることができる。
第2端カバー部44は、本体41において、第1端カバー部43が覆う端部の他方の端部を覆う。本例の第2端カバー部44は、容器150の噴射側と反対側の端部を覆う。第2端カバー部44は、本体41と一体に構成されている。また、第2端カバー部44は、本体41と取り外し可能に設けられてよい。
吐出駆動部80は、容器150から内容物を吐出させる。吐出駆動部80は、容器150の底部側に位置する第2端カバー部44に収納されている。第2端カバー部44は、吐出駆動部80の筐体として機能している。吐出駆動部80は、カム81と、カムフォロワ82と、可動板83とを備える。吐出駆動部80が容器保持部40に設けられているので、容器150の交換時に吐出駆動部80を交換する必要がない。
カム81は、駆動源によって回転駆動される。一例において、駆動源としてモータが用いられる。カム81は、回転中心から外周までの距離が異なる構造を有する。なお、図示例では、カム81の形状が誇張されている。カム81は、外周において、カムフォロワ82と接触している。
カムフォロワ82は、カム81と可動板83との間に設けられる。カムフォロワ82は、カム81および可動板83に接続され、カム81の回転運動を可動板83に直線運動として伝達する。
可動板83は、容器150の底面と接して設けられ、容器150のバルブの開閉を制御する。可動板83は、カムフォロワ82によって前後に移動する。例えば、カム81の回転中心と、カムフォロワ82が当接するカム81の接触領域との距離が短い場合、可動板83が容器150に対して後退し、容器150のバルブが閉じる。一方、カム81の回転中心と、カムフォロワ82が当接するカム81の接触領域との距離が長い場合、可動板83が容器150に対して前進し、容器150のバルブが開く。
なお、吐出駆動部80は、モータの回転運動をカム機構によって直線運動に変換する構成を有するが、カム機構に限定されない。例えば、吐出駆動部80の機構は、ねじ送り機構、ラックアンドピニオン等、モータの回転運動を直線運動に変換する機構であればよい。また、駆動源としては、回転モータではなく、直線駆動用のリニアモータ、または電磁ソレノイド等を備えてよい。
ステム145は、容器150に設けられる。ステム145がアクチュエータ143によって押圧されることにより、容器150から内容物を吐出する。アクチュエータ143は、吐出方向および吐出形態に応じた流路を有する。一例において、アクチュエータ143は、内容物を霧状にして吐出する。
本例の容器150は、エアゾール容器であるので、容器150が空になった場合であっても新たな容器150を搭載するだけで、容易に交換することができる。また、内容物が人体に付着しにくく交換時の安全性が高い。
図4は、無人航空機100の操縦システム300の一例を示す。本例の操縦システム300は、無人航空機100および端末装置200を備える。端末装置200は、表示部210およびコントローラ220を含む。
表示部210は、無人航空機100に搭載されたカメラで撮影した映像を表示する。表示部210は、固定カメラ12および可動カメラ30のそれぞれで撮影した映像を表示してよい。例えば、表示部210は、固定カメラ12および可動カメラ30の映像を分割した画面で表示する。表示部210は、無人航空機100と直接通信してもよいし、コントローラ220を介して間接的に無人航空機100と通信してもよい。表示部210は、外部のサーバと接続されてもよい。
コントローラ220は、利用者によって操作され、無人航空機100を操縦する。コントローラ220は、無人航空機100の飛行に加えて、吐出部50による内容物の吐出を指示してもよい。コントローラ220は、有線または無線により表示部210と接続されてよい。複数のコントローラ220が設けられ、無人航空機100の操縦用と、吐出部50の吐出制御用で使い分けてもよい。
通信部110は、無人航空機100に設けられる。通信部110は、表示部210またはコントローラ220と通信する。通信部110は、通信用のアンテナを有する。本例の通信部110は、本体部10の外面に取り付けられているが、本体部10に内蔵されてもよい。
なお、本例の利用者は、端末装置200を用いてマニュアルで無人航空機100を操縦する。但し、利用者は、マニュアルではなく、プログラムによって自動で操縦してもよい。また、利用者は、表示部210に表示された画面を使用せず、直接、無人航空機100を見て操縦してもよい。また、無人航空機100の操縦を自動制御して、吐出部50による吐出をマニュアルで操作してもよい。
図5は、無人航空機100の機能ブロック図の一例を示す。本例の無人航空機100は、固定カメラ12と、可動カメラ30と、情報取得部60と、予想部70と、照準部75と、吐出方向制御部78とを備える。また、無人航空機100は、飛行制御部120および記憶部154を備えてよい。本例の予想部70は、主予測部72および補正部74を有する。
照準部75は、内容物の着弾目標位置102を定め、吐出部50の照準を吐出対象602に合わせる。吐出対象602については後述する。例えば、照準部75は、ノズル54の姿勢を制御することにより、吐出対象602に吐出方向を向ける。また、照準部75は、予想部70が着弾予想位置104を生成した場合、着弾予想位置104に応じて照準を吐出対象602に合わせてもよい。
着弾目標位置102は、内容物を着弾させたい目標位置である。着弾目標位置102は、吐出対象602と一致するように操作されてよい。着弾目標位置102の操作は、自動であっても、手動であってもよい。
予想部70は、情報取得部60から情報が入力される。予想部70は、情報取得部60で得た情報に基づき、内容物の着弾予想位置104を予想する。予想部70は、吐出部50から吐出した内容物の着弾位置を予想して、着弾予想位置104を生成する。予想部70は、固定カメラ12または可動カメラ30が撮影した画像が入力されてよい。なお、着弾とは、吐出部50から吐出された内容物が対象物600へ到着したことを指す。対象物600については後述する。本例の予想部70は、主予測部72および補正部74を有する。
着弾予想位置104は、予想部70により予想された着弾位置である。着弾予想位置104は、情報取得部60が取得した情報に基づいて予想されてよい。例えば、着弾予想位置104は、着弾目標位置102を狙って吐出部50を制御した場合に、実際の環境等の外部要因を考慮して予想された着弾位置である。着弾予想位置104は、通信部110によって表示部210に送信されてよい。
主予測部72は、予想部70に入力された情報に基づいて、着弾予想位置104を生成する。一例において、主予測部72は、吐出部50の弾道データを取得して、搭載された容器150に応じた着弾予想位置104を生成する。
弾道データとは、容器150から吐出された内容物のデータである。例えば、弾道データは、吐出速度、吐出後の内容物の軌跡および拡散範囲を含む。弾道データは、外部の環境を考慮しない理想的な状態におけるデータであってよい。弾道データは、予想部70に予め入力されてもよいし、容器150から読み取られてもよいし、サーバから取得されてもよい。弾道データは、記憶部154に記憶されてもよいし、外部から入力されてもよい。
例えば、予想部70は、弾道データを用いて着弾予想位置104を予想する。一例において、予想部70は、実際に吐出する前に弾道データに基づいて着弾予想位置104を予想する。また、予想部70は、実際に吐出した後、実際に吐出した弾道データを踏まえて着弾予想位置104を予想してもよい。
補正部74は、予想部70が予想する着弾予想位置104を補正する。本例の補正部74は、主予測部72が生成した着弾予想位置104を補正することにより、着弾予想位置104の精度を向上させる。補正部74は、情報取得部60からの情報に応じて補正値を生成して、当該補正値に基づいて着弾予想位置104を補正する。例えば、補正部74は、内容物の拡散量、風力センサの検出結果、または対象物600との距離等に応じて補正量を与える。また補正部74は、形状取得部によって取得した対象物600の形状に応じた補正量を与えてもよい。補正部74の具体的な補正方法については後述する。
飛行制御部120は、無人航空機100の飛行を制御する。飛行制御部120は、一例において、フライトコントローラである。例えば、飛行制御部120は、無人航空機100の対地速度、対気速度および高度を制御する。飛行制御部120は、飛行制御に用いたデータを予想部70に送信する。
記憶部154は、弾道データ等の情報を記憶して、記憶した情報を予想部70に送信する。記憶部154は、実際に吐出した際の弾道データを記憶してよい。記憶部154が容器150に関する情報を記憶することにより、容器150を交換した後も、前回の弾道データを用いた着弾予想位置104の予想を実現できる。
吐出方向制御部78は、吐出部50の吐出方向を制御する。吐出方向制御部78は、吐出部50の位置を制御してもよいし、無人航空機100の姿勢を制御してもよいし、これらの組み合わせによって吐出方向を制御してもよい。一例において、吐出方向制御部78は、容器150の残量に応じて吐出口51の向きを制御する。本例の吐出方向制御部78は、着弾目標位置102と着弾予想位置104との差を減少させるように吐出口51の向きを制御する。
図6Aは、吐出された内容物の軌跡と拡散範囲の一例を示す。縦軸は、吐出口51からの鉛直位置を示しており、横軸は吐出口51からの水平距離を示す。実線は、吐出された内容物の噴射軌跡を示す。破線は、吐出された内容物の拡散範囲を示す。縦軸と横軸の交点が吐出口51の位置であり、本例では吐出口51の向きが変更されている。
内容物は、吐出口51の水平面に対して予め定められた対水平角度で吐出される。対水平角度とは、水平面に対する吐出方向の角度を示す。本例では、0度、30度および45度の対水平角度で内容物がそれぞれ吐出されている。対水平角度が0度の場合に水平方向に吐出され、90度の場合に鉛直下向きに吐出される。水平に近い角度で吐出された方が内容物の吐出距離が延びるものの、拡散範囲が大きくなる。対水平角度が90度に近づくほど拡散しにくくなって拡散範囲が狭くなるものの、水平距離が短くなる。
図6Bは、吐出された内容物の水平方向の拡散範囲を示す。本例では、0度の対水平角度で吐出された場合の水平方向の拡散範囲を示している。吐出された内容物は、水平距離に対して左右に拡散する。実線は、吐出された内容物の噴射軌跡を示す。破線は、吐出された内容物の拡散範囲を示す。本例の拡散範囲は、吐出方向に対して左右に内容物が拡散する範囲を示している。吐出直後は拡散範囲が狭いものの、徐々に拡散範囲が広がっている。容器150またはその内容物によって拡散範囲が異なるので、容器150毎に拡散範囲が取得されてよい。
図7Aは、内容物を吐出している無人航空機100の一例を示す。本例の無人航空機100は、対象物600の吐出対象602を狙って、吐出部50から内容物を吐出する。無人航空機100は、可動の可動カメラ30と固定の吐出部50とを備える。
対象物600は、無人航空機100が内容物を吐出する対象としている物である。本例の対象物600は、柱であるが、これに限定されない。対象物600は、建物、壁、トンネル、電柱、看板、橋、木などであってもよい。吐出対象602は、対象物600のうち内容物を吐出する位置である。本例の吐出対象602は、対象物600の欠陥部分であり、無人航空機100によって内容物が塗布されることにより補修される。本例の無人航空機100は、着弾予想位置104が吐出対象602の左側にずれているので、機体の姿勢を制御して吐出対象602に合わせる。
図7Bは、表示部210の表示画面の一例を示す。本例の表示部210は、図7Aで示した無人航空機100の操作時の操作画面を表示している。
表示部210は、無人航空機100のカメラで撮像中の映像を随時確認するためのモニタである。予想部70が予想した着弾予想位置104が、映像上に視認可能な状態で表示される。中央位置212は、表示部210の中央を示している。中央位置212は、一例において、可動カメラ30の中央位置である。
着弾目標位置102は、十字の中心で示されている。吐出部50は、着弾目標位置102を狙って内容物を吐出する。着弾予想位置104は、内容物の拡散を考慮して楕円形に描画されている。
着弾位置106は、実際に吐出された内容物が対象物600に着弾する位置である。本例の着弾位置106は、破線で示されており、仮に吐出した場合に着弾する位置を示す。本例の着弾位置106は、着弾予想位置104の楕円の内側に収まっている。
図7Cは、表示部210の表示画面の一例を示す。本例の表示部210は、利用者が指で操作可能なタッチパネルを有する。利用者は、表示部210を操作して、着弾目標位置102を吐出対象602に合わせている。本例の利用者は、着弾目標位置102をドラッグして吐出対象602に照準を合わせている。これにより、吐出部50は、吐出対象602に内容物を吐出することができる。なお、吐出対象602をタップすることにより、吐出対象602に自動で照準が合わせられてもよい。吐出方向制御部78は、機体の姿勢制御を実行しても、ノズル54の姿勢制御を実行してもよい。
図8Aは、表示部210の表示画面の一例を示す。本例の表示部210は、固定カメラ12が撮影した無人航空機100の周囲の映像を表示している。本例の固定カメラ12は、無人航空機100の進行方向を撮影している。表示部210により無人航空機100の周囲の状況を把握できる。例えば、表示部210にはヘリコプターである飛行体700が映し出されており、操縦者は周囲の接近物に注意できる。無人航空機100は、表示部210に映し出された映像に基づいて自動で飛行経路を制御してもよいし、利用者によって手動で操縦されてもよい。
図8Bは、表示部210の表示画面の一例を示す。本例の表示部210は、可動カメラ30が撮影した吐出部50の吐出方向の映像を表示している。可動カメラ30は、吐出対象を模索しながら狙いを付けることができる。吐出部50は、可動カメラ30の撮像範囲の任意の位置へ着弾目標位置102が合うように制御される。例えば、吐出部50は、吐出対象602である猿をタップすると、着弾目標位置102が猿に向かうように制御する。表示部210は、機体から着弾目標位置102までの距離を表示してもよい。
図9Aは、内容物を吐出している無人航空機100の一例を示す。無人航空機100は、対象物600の吐出対象602に向けて内容物を吐出した場合の着弾予想位置104を示している。しかしながら、着弾予想位置104は、吐出対象602よりも下方に位置している。本例の無人航空機100は、実際に吐出する前に着弾予想位置104に基づいて吐出制御するので、無駄な吐出を削減できる。
図9Bは、表示部210の操作による吐出制御方法の一例を示す。利用者は、着弾目標位置102を吐出対象602に向けてドラッグして、着弾目標位置102を吐出対象602に合わせている。また、吐出対象602をタップすることにより、着弾目標位置102が吐出対象602に合わせられてもよい。
図9Cは、姿勢制御された無人航空機100の一例を示す。無人航空機100は、着弾目標位置102が吐出対象602に照準を合わせられることにより、機体の姿勢を制御する。即ち、吐出方向制御部78は、無人航空機100の機体の姿勢制御により、吐出部50の吐出方向を制御する。本例の吐出方向制御部78は、着弾予想位置104が吐出対象602と一致するように無人航空機100の機体を上昇させる。
図9Dは、姿勢制御後の表示部210の表示画面の一例を示す。無人航空機100は、吐出方向制御部78による姿勢制御によって、着弾目標位置102を吐出対象602に照準を合わせている。これにより、吐出対象602に内容物が吐出される。なお、吐出方向制御部78は、機体の姿勢制御に加えて、ノズル54の姿勢制御を実行してもよい。
図10Aは、内容物を吐出している無人航空機100の一例を示す。本例の無人航空機100は、距離センサ62を備える。無人航空機100は、吐出対象602との距離に応じて着弾目標位置102を補正する。
距離センサ62は、吐出口51と着弾目標位置102との距離を取得する。距離センサ62は、情報取得部60の一例である。例えば、無人航空機100は、距離センサ62と対象物600との距離を測定する。また、無人航空機100は、距離センサ62を用いて、吐出口51と対象物600との距離を算出してもよい。
図10Bは、図10Aの無人航空機100に対応する表示部210の一例を示す。着弾目標位置102は、十字の交点によって示されている。着弾目標位置102の周囲には、着弾予想位置104として拡散範囲が示されている。本例の補正部74は、情報取得部60が取得した距離に応じた補正量を与える。例えば、補正部74は、距離に応じた内容物の拡散範囲を予めデータとして取得して、拡散範囲を補正する。これにより、対象物600との距離が遠くなった場合であっても、吐出対象602への命中率を向上することができる。
図10Cは、内容物を吐出している無人航空機100の一例を示す。本例の無人航空機100は、形状取得部66を備える。形状取得部66は、情報取得部60の一例である。
形状取得部66は、対象物600の形状を取得する。対象物600の形状は、対象物600の傾斜または凹凸を含んでよい。形状取得部66は、放射状に設けられた複数の距離センサを有する。本例の形状取得部66は、3個の距離センサを有して、対象物600の傾斜を取得する。
補正部74は、対象物600の形状に応じた補正量を与える。例えば、補正部74は、対象物600の傾斜に応じて、内容物の吐出方向を補正する。これにより、無人航空機100は、対象物600の形状による影響を抑制して、吐出対象602への命中率を向上することができる。
図10Cの(a)は、対象物600が垂直である場合において、内容物を吐出する無人航空機100の一例を示す。L1、L2、L3は、距離センサのそれぞれと対象物600との距離である。
図10Cの(b)は、対象物600が傾斜している場合において、内容物を吐出する無人航空機100の一例を示す。L1'、L2'、L3'は、距離センサのそれぞれと対象物600との距離である。
本例では、説明のためにL1=L1'としている。また、対象物600が傾斜しており、L2>L2'およびL3>L3'を満たしている。このように、対象物600が傾斜している場合に、対象物600が垂直である場合と同様の設定で内容物を吐出すると、着弾位置106がずれる。本例では、対象物600が垂直である場合の着弾位置106aよりも、対象物600が傾斜している場合の着弾位置106bが高くなる。無人航空機100は、形状取得部66によって対象物600の形状に応じた補正量を加えることにより、対象物600の傾斜に応じた誤差を抑制して、命中率を向上することができる。
また、補正部74は、形状に応じた内容物の拡散範囲をあらかじめデータとして取得して、拡散範囲を補正してもよい。これにより、対象物600の形状に加えて、内容物の拡散を考慮した補正量を算出して、無駄な吐出を削減できる。一方、ほぼ鉛直下向きに対象物600が位置する場合、水平方向への吐出とは異なり、内容物の重力による拡散の影響が減少するので、命中率をさらに向上することができる。
なお、形状取得部66は、複数の距離センサに限られず、レーザーを連続的に発射し、その反射点の三次元位置を高密度に測定するシステムであるライダー(LiDAR)、または、対象物600を複数の異なる方向から同時に撮影することにより、その奥行き方向の情報も記録できるステレオカメラであってもよい。また、対象物600の形状が平面ではなく、球体のように丸みのあるもの、または凹凸のあるものであっても、内容物の命中率を向上できる。
図11Aは、内容物を吐出している無人航空機100の一例を示す。無人航空機100は、対象物600の吐出対象602に向けて内容物を吐出している。しかしながら、実際の着弾位置106は、吐出対象602よりも上方に位置している。
図11Bは、無人航空機100による補正方法の一例を示す。本例の無人航空機100は、補正部74により、着弾位置106と吐出対象602との差分を補正する。
情報取得部60は、内容物が着弾した着弾位置106を取得する。一例において、情報取得部60は、可動カメラ30が撮影した画像に基づいて着弾位置106を取得する。情報取得部60は、吐出対象602に合わせられた着弾予想位置104と実際の着弾位置106との距離を取得する。
補正部74は、着弾予想位置104および着弾位置106に基づいて補正量を算出している。一例において、補正部74は、着弾位置106と着弾予想位置104との差分に応じて、補正量を与える。補正部74は、着弾位置106と着弾予想位置104との差分が大きいほど大きな補正量で機体の姿勢またはノズル54の姿勢を制御する。
図11Cは、補正後に内容物を吐出している無人航空機100の一例を示す。吐出方向制御部78は、補正部74の補正量に応じて吐出方向を制御する。着弾予想位置104は、補正部74による補正によって、補正前の着弾位置106よりも下方に補正されている。このように、吐出方向制御部78は、着弾予想位置104が吐出対象602と合うように照準を制御する。本例の吐出方向制御部78は、補正前よりもノズル54の姿勢を寝かせることにより、着弾予想位置104を吐出対象602に合わせている。なお、吐出方向制御部78は、ノズル54の姿勢制御に加えて、機体の姿勢制御を実行してもよい。
図12Aは、軌跡152に基づく吐出制御方法の一例を示す。本例の表示部210は、吐出制御前の軌跡152を示す。無人航空機100は、吐出対象602に向けて内容物を吐出する。本例の無人航空機100は、吐出対象602に着弾目標位置102を合わせて吐出しているが、着弾位置106が吐出対象602の上方にずれている。情報取得部60は、吐出された内容物の軌跡152を取得する。例えば、情報取得部60は、軌跡152の映像を可動カメラ30から取得する。補正部74は、軌跡152に応じて、補正量を与える。吐出方向制御部78は、補正部74が算出した補正量に応じて、吐出部50からの吐出方向を制御する。
図12Bは、軌跡152を用いた補正後の吐出の一例を示す。本例の表示部210は、吐出制御後の軌跡152を示す。吐出方向制御部78の制御によって、着弾位置106が吐出対象602と一致するように補正されている。本例の無人航空機100は、可動カメラ30に写る軌跡152を補正制御に用いることで、実際の吐出中に補正することができる。吐出方向制御部78は、着弾目標位置102が吐出対象602に着弾するように自動で吐出方向を制御してよい。例えば、表示部210に写る内容物の水流をスキャンして、着弾目標位置102と吐出対象602との差分を確認し、吐出部50の吐出方向を制御する。また、利用者は、軌跡152を見ながら手動で着弾目標位置102を吐出対象602に合わせてもよい。
本例の無人航空機100は、固定カメラ12または可動カメラ30により撮影した映像で軌跡152を確認しながら吐出方向を制御する。そのため、無人航空機100は、軌跡152を用いて吐出方向を制御することにより、吐出対象602への命中確率を向上できる。また、無人航空機100は、カメラを備えていればよく、情報取得部60を簡素化できる。
図13Aは、無人航空機100の構成の一例を示す。本例の無人航空機100は、風力センサ64を備える。
風力センサ64は、無人航空機100の周囲の風向および風速を検出する。風力センサ64は、情報取得部60の一例である。例えば、風力センサ64は、超音波風向風速計である。本例の風力センサ64は、本体部10の上部に取り付けられている。風力センサ64は、脚部15等の本体部10以外の部材に設けられてもよい。風力センサ64は、無人航空機100が飛行している場合は、対気速度を取得してよい。
補正部74は、風力センサ64の検出結果に基づいて、補正量を与える。これにより、予想部70は、風速の速い場合であっても、内容物を吐出対象602に着弾させやすくなる。無人航空機100は、風力センサ64の風速結果に応じて吐出を禁止してもよい。例えば、補正部74の補正量が所定の値よりも大きい場合に吐出を禁止して、所定の値よりも小さい場合に吐出を許可する。
図13Bは、無人航空機100の飛行制御方法の一例を示す。本例の無人航空機100は、飛行制御部120を用いて、風に応じた飛行制御により対地速度を制御する。
飛行制御部120は、対気速度および対地速度の出力値を算出する。飛行制御部120は、無人航空機100の飛行を制御して対地速度をゼロとする。飛行制御部120は、対地速度をゼロにするため、風上に向けて対気速度を増加させて、対気速度が風速と等しくなるように制御する。対地速度をゼロとすることにより、風による機体姿勢への影響が小さくなる。一例において、無人航空機100は、GPSを用いて対地速度を取得する。
図13Cは、無人航空機100の飛行制御方法の一例を示す。本例の無人航空機100は、移動しながら吐出を制御する。無人航空機100の対地速度がゼロでない場合、吐出部50の吐出が慣性による影響を受ける。飛行制御部120は、算出した対気速度および対地速度の出力値を予想部70に出力する。補正部74は、対気速度および対地速度の出力値に基づいて、吐出に対する慣性の影響を補正する。
図14Aは、無人航空機100の構成を示すブロック図の一例である。本例の無人航空機100は、吐出管制部90を備える。
吐出管制部90は、情報取得部60が取得した情報に応じて、内容物の吐出に伴う自機汚染についての危険性を評価する。吐出管制部90は、危険性の評価に応じて、吐出の警告または禁止の管制を行う。吐出管制部90は、表示部210に警告を表示することで吐出の警告をする。吐出管制部90は、吐出を禁止する場合、吐出駆動部80の駆動をロックする。吐出管制部90は、吐出の警告または禁止に応じて警告情報を発信する。
図14Bは、無人航空機100の自機汚染の可能性がある状態の一例を示す。本例の無人航空機100は、対象物600である壁と近い距離で飛行している。本例の吐出管制部90は、吐出口51と着弾目標位置102との距離に応じて管制を行う。例えば、吐出管制部90は、対象物600との距離が近い場合に、表示部210に警告を表示して、吐出を禁止する。
図14Cは、吐出管制部90の管制方法の一例を説明するための図である。吐出部50は、吐出口51から内容物を吐出するノズル54を有する。吐出管制部90は、ノズル54の姿勢に応じて、管制を行う。例えば、吐出管制部90は、吐出口51が上向きの場合に、自機汚染の可能性があると判断する。吐出管制部90は、ノズル54の姿勢から内容物の軌跡152を予測して自機汚染の可能性を評価してよい。吐出管制部90は、吐出口51の向きに加えて、無人航空機100の速度に基づいて、自機汚染の可能性を評価してよい。吐出管制部90は、吐出口51の向きか自機汚染の可能性がある場合に、吐出を警告または禁止する。
図14Dは、吐出管制部90の管制方法の一例を説明するための図である。吐出管制部90は、風向および風速の少なくとも1つに応じて管制を行う。例えば、吐出管制部90は、吐出口51が風下から風上に向けて発射する場合に、自機汚染の可能性があると判断して吐出を禁止する。また、吐出管制部90は、無人航空機100の対気速度および対地速度の出力値に基づいて管制を行ってよい。この場合も、吐出管制部90は、無人航空機100の対気速度および対地速度の出力値に基づいて自機汚染の可能性があると判断した場合に吐出を禁止する。吐出管制部90は、風上に吐出する場合であっても、対気速度および対地速度の出力値から自機汚染の可能性がない場合には吐出を許可してよい。
図14Eは、吐出を禁止する場合の表示部210の一例を示す。本例の表示部210は、利用者に吐出の警告または禁止を表示する。吐出管制部90は、吐出を禁止する場合に吐出をロックする。吐出管制部90は、吐出の警告をする場合には、表示部210から自機汚染の危険性を警告するものの吐出をロックしなくてもよい。即ち、警告表示されている場合であっても、利用者の判断によって吐出されてもよい。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
10・・・本体部、12・・・固定カメラ、15・・・脚部、20・・・推進部、21・・・回転翼、22・・・回転駆動部、24・・・腕部、30・・・可動カメラ、32・・・連結部、40・・・容器保持部、41・・・本体、42・・・連結部、43・・・第1端カバー部、44・・・第2端カバー部、45・・・ネジ部、50・・・吐出部、51・・・吐出口、52・・・連結部、53・・・延伸部、54・・・ノズル、60・・・情報取得部、62・・・距離センサ、64・・・風力センサ、66・・・形状取得部、70・・・予想部、72・・・主予測部、74・・・補正部、75・・・照準部、78・・・吐出方向制御部、80・・・吐出駆動部、81・・・カム、82・・・カムフォロワ、83・・・可動板、90・・・吐出管制部、100・・・無人航空機、102・・・着弾目標位置、104・・・着弾予想位置、106・・・着弾位置、110・・・通信部、120・・・飛行制御部、143・・・アクチュエータ、145・・・ステム、150・・・容器、152・・・軌跡、154・・・記憶部、200・・・端末装置、210・・・表示部、212・・・中央位置、220・・・コントローラ、300・・・操縦システム、600・・・対象物、602・・・吐出対象、700・・・飛行体

Claims (22)

  1. エアゾール容器を搭載可能な無人航空機であって、
    吐出口を有し、前記吐出口から前記エアゾール容器の内容物を吐出する吐出部と、
    予め定められた情報を取得する情報取得部と、
    前記情報取得部で得た情報に基づき、前記内容物の着弾予想位置を予想する予想部と
    前記無人航空機の進行方向の映像を撮影可能な固定カメラと、
    吐出方向の映像を撮影可能であって、前記固定カメラとは異なる映像を撮影可能な可動カメラと、
    前記着弾予想位置に基づき、前記吐出口の向きを制御する吐出方向制御部と、
    を備える無人航空機。
  2. 可動カメラと連結され、姿勢を可変とする回転自由度を有する姿勢制御機構である連結部と
    を備える
    請求項1に記載の無人航空機。
  3. 前記固定カメラまたは前記可動カメラで撮像中の映像を確認するためのモニタと通信する通信部を備え、
    前記通信部は、前記予想部が予想した前記着弾予想位置を送信する
    請求項1または2に記載の無人航空機。
  4. 前記内容物の着弾目標位置を定める照準部を備え、
    前記吐出方向制御部は、前記着弾目標位置と前記着弾予想位置との差を減少させるように前記吐出口の向きを制御する
    請求項1から3のいずれか一項に記載の無人航空機。
  5. 前記吐出方向制御部は、前記吐出部の姿勢を可変とする回転自由度を有する姿勢制御機構を有する
    請求項1からのいずれか一項に記載の無人航空機。
  6. 前記吐出方向制御部は、前記無人航空機の姿勢を制御する
    請求項1からのいずれか一項に記載の無人航空機。
  7. 前記予想部は、前記予想部が予想する前記着弾予想位置を補正する補正部を備える
    請求項1から6のいずれか一項に記載の無人航空機。
  8. 前記補正部は、前記内容物の拡散量に応じて、補正量を与える
    請求項7に記載の無人航空機。
  9. 前記情報取得部は、前記内容物が着弾した着弾位置を取得し、
    前記補正部は、前記着弾位置と前記着弾予想位置との差分に応じて、補正量を与える
    請求項7または8に記載の無人航空機。
  10. 前記情報取得部は、吐出された前記内容物の軌跡を取得し、
    前記補正部は、前記内容物の軌跡に応じて、補正量を与える
    請求項7から9のいずれか一項に記載の無人航空機。
  11. 前記情報取得部は、前記吐出口と着弾目標位置との距離を取得する距離センサを備え、
    前記補正部は、前記距離に応じた補正量を与える
    請求項7から10のいずれか一項に記載の無人航空機。
  12. 前記情報取得部は、前記内容物を吐出する対象物の形状を取得する形状取得部を備え、
    前記補正部は、前記形状に応じた補正量を与える
    請求項7から11のいずれか一項に記載の無人航空機。
  13. 前記情報取得部は、風向と風速を検出する風力センサを有し、
    前記補正部は、前記風力センサの検出結果に基づいて、補正量を与える
    請求項7から12のいずれか一項に記載の無人航空機。
  14. 前記無人航空機の飛行を制御する飛行制御部を備え、
    前記補正部は、前記飛行制御部が算出する対気速度および対地速度の出力値に基づいて、補正量を与える
    請求項7から13のいずれか一項に記載の無人航空機。
  15. エアゾール容器を搭載可能な無人航空機であって、
    吐出口を有し、前記吐出口から前記エアゾール容器の内容物を吐出する吐出部と、
    予め定められた情報を取得する情報取得部と、
    前記情報取得部で得た情報に基づき、前記内容物の着弾予想位置を予想する予想部と、
    前記情報取得部が取得した情報に応じて、前記内容物の吐出に伴う自機汚染についての危険性を評価し、吐出の警告または禁止の管制を行う吐出管制部と、
    を備える無人航空機。
  16. 前記吐出管制部は、前記吐出の警告または禁止に応じて警告情報を発信する
    請求項15に記載の無人航空機。
  17. 前記吐出部は、前記内容物を吐出するノズルを有し、
    前記吐出管制部は、前記ノズルの姿勢に応じて、前記管制を行う
    請求項15または16に記載の無人航空機。
  18. 前記吐出管制部は、前記吐出口と着弾目標位置との距離に応じて前記管制を行う
    請求項15から17のいずれか一項に記載の無人航空機。
  19. 前記吐出管制部は、前記無人航空機の対気速度および対地速度の出力値に基づいて管制を行う
    請求項15から18のいずれか一項に記載の無人航空機。
  20. 前記吐出管制部は、風向および風速の少なくとも1つに応じて前記管制を行う
    請求項15から19のいずれか一項に記載の無人航空機。
  21. 前記予想部は、前記内容物の弾道データを用いて前記着弾予想位置を予想する
    請求項1から20のいずれか一項に記載の無人航空機。
  22. 前記エアゾール容器を保持するための収容部材を備える
    請求項1から21のいずれか一項に記載の無人航空機。
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