JP7044584B2 - 飛行状態検査システム、飛行状態検査方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、飛行体の飛行状態を検査する飛行状態検査システム、飛行状態検査方法及びプログラムに関する。

近年、空中を簡易に飛行することができる飛行体の開発が進められている。開発においては、飛行体の安定飛行を実現するために、飛行中の飛行状態を検査する必要がある。例えば、特許文献１～３には、飛行体の飛行状態をセンサ等により検出して、その安全性を確認又は評価する検査システムが開示されている。

特開２００６－８２７７５号公報 特開２０１７－１３２４６１号公報 特開２０１７－１７４３２６号公報

ところで、飛行体は、飛行中において、搭載体を含む全体の重心位置が移動すると、飛行制御に大きな影響を及ぼすことになる。例えば、飛行体の移動方向と直交する方向に重心移動が起これば、飛行体の移動方向が変化するばかりか、場合によっては飛行体の姿勢がひっくり返ることもある。

しかしながら、従来は、カメラ等の小型且つ軽量な搭載体しか飛行体に搭載されないことを前提に検査を行っている。例えば、特許文献１～３に開示の検査システムでは、飛行体が重心移動を行った際の飛行状態について検査することができない。

最近の飛行体の開発では、飛行体に重量物を積載する、又は飛行体に人を搭乗させる等の試行がなされており、この場合、飛行中に重心位置が移動する場合の飛行体の飛行状態を検査することが重要となる。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、飛行体の重心位置を移動する際の飛行状態を簡単に検査して、飛行体の開発効率や安全性の向上を促進することができる飛行状態検査システム、飛行状態検査方法及びプログラムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、空中を飛行可能な飛行体の飛行状態を検査する飛行状態検査システムであって、前記飛行体は、該飛行体全体の重心位置を移動させる重心移動装置を有し、前記飛行体の飛行中に前記重心位置の移動を実施する際、又は前記飛行体の重心移動中に飛行内容を変化させる際、における飛行状態に関わる情報を取得及び記憶する検査部を有することを特徴とする。

また、前記検査部は、前記飛行体と別体に構成され、該飛行体との間で情報通信可能に接続されるコンピュータであり、前記飛行体に飛行指令及び／又は重心移動指令を送信して、前記飛行体が前記飛行指令及び／又は前記重心移動指令に基づき動作する際の前記飛行状態に関わる情報を受信するとよい。

さらに、前記検査部は、前記飛行体の飛行中に前記重心位置を移動する前、又は前記飛行体の重心移動中に飛行内容を変化させる前、に前記飛行状態に関わる情報を取得することが好ましい。

そして、前記検査部は、前記飛行体の飛行中に前記重心位置の移動を実施する最中及び／又は実施した後、又は前記飛行体の重心移動中に飛行内容を変化させている最中及び／又は変化させた後に、前記飛行状態に関わる情報を取得するとよい。

またさらに、前記検査部は、取得した前記飛行状態に関わる情報に基づき、前記飛行状態に関わる情報に含まれる所定の値が、予め設定された許容範囲内か否かを判定する判定部を有することが好ましい。

前記飛行状態に関わる情報は、前記飛行体の飛行中における姿勢、位置、加速度及び速度のうち少なくとも１つを含むとよい。

また、前記の目的を達成するために、本発明は、空中を飛行可能な飛行体の飛行状態を検査する飛行状態検査方法であって、前記飛行体は、該飛行体全体の重心位置を移動させる重心移動装置を有するものであり、検査部によって、前記飛行体の飛行中に前記重心位置の移動を実施する際の飛行状態に関わる情報、又は前記飛行体の重心移動中に飛行内容を変化させる際の飛行状態に関わる情報を取得及び記憶することを特徴とする。

さらに、前記の目的を達成するために、本発明は、空中を飛行可能な飛行体の飛行状態を検査する検査装置のプログラムであって、前記飛行体は、該飛行体全体の重心位置を移動させる重心移動装置を有するものであり、検査装置を、前記飛行体の飛行中に前記重心位置の移動を実施する際の飛行状態に関わる情報、又は前記飛行体の重心移動中に飛行内容を変化させる際の飛行状態に関わる情報を取得及び記憶する検査部として機能させることを特徴とする。

本発明に係る飛行状態検査システム、飛行状態検査方法及びプログラムは、検査部により、飛行体の飛行中に重心位置の移動を実施する際、又は飛行体の重心移動中に飛行内容を変化させる際に、飛行体の飛行状態に関わる情報を取得及び記憶する。これにより飛行体の重心移動に伴う飛行状態について測定することができる。すなわち、飛行体の重心移動を行うことで、搭載体の重心変化や外乱による姿勢変化等の様々な飛行環境を模擬することが可能となる。その結果、飛行体の飛行試験等において、現実に即すると共に目的に応じた検査を実施することが可能となり、飛行体の開発効率や安全性の向上等を促進することができる。

例えば、開発予定の飛行体が人を搭乗させる搭載型の場合には、実際に人が搭乗しなくても、人が搭乗した時（体重移動等による姿勢変化）と同等の飛行体の飛行状態を検査することができる。或いは、開発予定の飛行体が重量物（荷物）を積載させる積載型の場合には、実際に重量物を積載しなくても、重量物を積載した時（荷物移動等による重心位置変化）と同等の飛行体の飛行状態を検査することができる。

本発明の第１実施形態に係る飛行状態検査システムの全体構成を概略的に示す斜視図である。 重心移動を実施可能な飛行体を示す斜視図である。 図１の飛行体及び検査部の各構成を示すブロック図である。 飛行体の飛行状態の検査時における機能ブロック図である。 飛行状態検査システムによる飛行状態検査方法を示すフローチャートである。 図６Ａは、図５中の測定処理を示すフローチャートである。図６Ｂは、図５中の判定蓄積処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る飛行状態検査システムの全体構成を概略的に示す斜視図である。 図７の飛行体及び検査部の各構成を示すブロック図である。

以下、本発明について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る飛行状態検査システム１０は、図１に示すように、検査対象である飛行体１２（以下、ドローン１２という）と、ドローン１２の飛行状態を検査する検査装置１４（検査部）と、を有する。ドローン１２は、搭載体を含むドローン１２全体の重心位置（３次元空間位置）が、飛行による位置変化から独立して移動するように構成される。そして、飛行状態検査システム１０は、ドローン１２の飛行中に重心移動を行って、ドローン１２の飛行状態を検査する。なお、ドローン１２は、人が搭乗可能な搭乗型や重量物を積載可能な積載型に構成され得る。

また、飛行状態検査システム１０は、検査においてドローン１２が飛行する予定の空間（以下、飛行予定空間１６という）を設定している。飛行予定空間１６は、ドローン１２と、検査装置１４とが精度よく無線通信可能な範囲に設計される。また、飛行予定空間１６は、ドローン１２が充分な距離を飛行し得る大きな容積に設定されることが好ましい。

本実施形態において、ドローン１２の重心移動以外の要素（風等の外乱）による飛行状態の変化を可及的に抑制するため、建物の室内に飛行予定空間１６を設けている。建物の室内には、衝立１８が四方を囲うように立てられ、飛行予定空間１６は、この衝立１８で区画された領域で、且つ建物の天井２０及び床２２で囲われた範囲に設定される。検査装置１４は、衝立１８（飛行予定空間１６）の外側に配置されることで、ドローン１２との接触が防止されている。

衝立１８は、例えば、金網等により構成され、ドローン１２と検査装置１４との無線通信を妨害しないように構成されるとよい。また、飛行予定空間１６を構成する床２２には、ドローン１２の着地時の衝撃を緩和するクッション２４が設けられている。クッション２４は、衝立１８や天井２０に取り付けられていてもよい。

なお、飛行予定空間１６は、本実施形態において直方形状に形成されているが、飛行予定空間１６の形状は、特に限定されるものではない。また、飛行状態検査システム１０は、敢えて外乱の発生時の挙動を確認するために、扇風機等の外乱発生装置（不図示）を備えてもよく、飛行予定空間１６を建物の外に設定してもよい。

飛行予定空間１６を構成する天井２０の略中央位置には、ドローン１２に連結されるための紐２６が固定されている。この紐２６は、飛行予定空間１６の側方よりも外側に向かってドローン１２が飛行することを防止する。なお、紐２６は、床２２に設けられてもよく、或いは天井２０と床２２の両方に設けられてもよい。紐２６は、検査装置１４とドローン１２を有線通信可能に接続するケーブルとして構成されてもよい。

そして、飛行状態検査システム１０では、検査装置１４からドローン１２に飛行指令及び重心移動指令を送信して、ドローン１２の飛行及び重心移動を制御する。検査装置１４は、この際のドローン１２の飛行状態の情報（以下、測定結果という）を受信して、この測定結果を記憶すると共に、飛行状態の解析や飛行状態の良否判定を行うように構成されている。

次に、飛行状態検査システム１０に適用されるドローン１２の一例について、図２及び図３を参照して説明する。本実施形態に係るドローン１２は、全体的に直方形状を呈しておいる。以下、説明の便宜のため、ドローンの長手方向一端側を前端といい、長手方向他端側を後端という。なお、ドローン１２は、後記のプロペラ駆動部３４によって、空中を３次元方向（上昇、下降、前端方向、後端方向、両側方向）に飛行可能なことは勿論である。

ドローン１２は、本体部３０と、本体部３０の側方から延出する複数の延出フレーム３２と、複数の延出フレーム３２に設けられるプロペラ駆動部３４と、を有する。本実施形態において、延出フレーム３２は、箱状の本体部３０の４つの角からそれぞれ上下一対で突出しており、合計８つ設けられている。プロペラ駆動部３４は、１つの延出フレーム３２に対し１つずつ設けられ、全体では合計８つ設けられている。なお、ドローン１２に設けられるプロペラ駆動部３４の数や配置は、特に限定されず、例えば、８つの延出フレーム３２のうち上側フレームに、プロペラ駆動部３４が１つずつ（合計４つ）設けられた構成でもよい。

プロペラ駆動部３４は、プロペラ３６と、プロペラ３６を回転させるモータ３８と、モータ３８を駆動制御するＥＳＣ４０と、を備える。プロペラ３６は、直線状に延在する細長い板状に形成され、その長手方向中心部がモータ３８の軸部（不図示）に固定されている。モータ３８は、上側の延出フレーム３２の上面と、下側の延出フレーム３２の下面に固定され、軸部を延出フレーム３２の延在方向と直交方向に突出させている。ＥＳＣ４０は、本体部３０内に設けられたフライトコントローラ４２に信号伝達可能に接続され、フライトコントローラ４２の制御下に、モータ３８に供給する電力を制御してモータ３８の軸部を回転させる。

同方向に延出する上下の延出フレーム３２に固定される上下のプロペラ駆動部３４は、ドローン１２が安定飛行する際に、フライトコントローラ４２によって相互に逆方向に回転が制御される。例えば、上側のプロペラ３６を時計回りに回転させる場合には、下側のプロペラ３６を反時計回りに回転させる。

また、同方向に延出する上下の延出フレーム３２は、プロペラ駆動部３４の設置箇所からさらに突出する保護フレーム４４を固定保持している。４つの保護フレーム４４は、プロペラ３６よりも外側に突出し、その突出端には上下方向に所定長さ（本体部３０の厚みよりも長い寸法）を有するバー４６が設けられている。４つのバー４６の上下位置の各々には、各バー４６の間を周回するようにワイヤ４８が張られている。すなわち、４つのバー４６及びワイヤ４８は、ドローン１２と外部の境界を規定し、ドローン１２の飛行中に飛行予定空間１６の周囲の衝立１８にプロペラ３６や本体部３０が衝突することを防止する。

そして、ドローン１２の本体部３０には、飛行中に、ドローン１２全体の重心位置の移動を行う重心移動装置５０（搭載体）が取り付けられている。本実施形態において、重心移動装置５０は、本体部３０の上面に固定されたロボットアームであり、ロボットアームの動作に基づき、ドローン１２全体の重心位置（以下、総合重心位置という）が移動するように構成されている。なお、重心移動装置５０の設置位置は、特に限定されず、例えば、本体部３０の下面に取り付けられてもよい。

具体的に、重心移動装置５０は、複数のアーム５２（第１～第３アーム５２ａ～５２ｃ）と、アーム５２を支持する基台５４と、を備える共に、各アーム５２の間及びアーム５２と基台５４の間を相互に回転可能に連結する複数の関節部５６を備える。具体的に、関節部５６は、基台５４と第１アーム５２ａを連結する第１関節部５６ａ、第１アーム５２ａと第２アーム５２ｂを連結する第２関節部５６ｂ、及び第２アーム５２ｂと第３アーム５２ｃを連結する第３関節部５６ｃを含む。

複数のアーム５２のうち第３アーム５２ｃは、基台５４に対して最も離間可能に構成され、また錘５８を保持するハンド部に構成されている。錘５８は、第１～第３アーム５２ａ～５２ｃの移動によって３次元位置が変位する。この錘５８は、ドローン１２全体の重心位置を容易に移動することが可能な適宜の重量に設計されているとよい。

複数の関節部５６のうち第１関節部５６ａは、ドローン１２の平面視で、基台５４の平面方向に沿って３６０°回転可能且つ基台５４の平面から半円を描くように第１アーム５２ａを移動可能としている。第１～第３関節部５６ａ～５６ｃの各々には、図示しないサーボモータが設けられ、各サーボモータは、基台５４の内部に設けられた移動コントローラ６０によって回動が制御される。

移動コントローラ６０は、プロセッサ、メモリ及び入出力インターフェースを有するコンピュータとして構成されている。移動コントローラ６０は、ドローン１２の本体部３０に設けられる通信コントローラ６８に接続され、検査装置１４から送信される重心移動指令ＧＣに基づき、アーム５２の移動（第１～第３関節部５６ａ～５６ｃの回転）を制御する。なお、移動コントローラ６０は、重心移動装置５０を動作させる動作手順プログラムを有し、動作手順プログラムの実行に基づき重心移動装置５０を自動的に動作させてもよい。

重心移動装置５０は、ドローン１２の飛行開始初期時において、ドローン１２自体と、錘５８を含めた重心移動装置５０とを加えた総合重心位置が、直方形状のドローン１２の中心位置に存在するように基準位置を設定している。そして、移動コントローラ６０は、重心移動を実施する際には、重心移動指令ＧＣに対応した位置に総合重心位置が移動するように重心移動装置５０（ロボットアームによる錘５８の移動）の動作を行う。また重心移動指令ＧＣには、総合重心位置を移動する際の速度（時間）が設定されていることが好ましく、移動コントローラ６０は、この速度に沿うように総合重心位置を変位させる。これにより重心移動装置５０は、総合重心位置の移動量だけでなく移動速度に応じた、ドローン１２の飛行状態を測定可能とする。

なお、重心移動装置５０は、総合重心位置の重心移動において種々の移動を実施可能であるとよい。例えば、重心移動装置５０は、総合重心位置を３次元空間の所定方向に移動させる他に、総合重心位置を往復移動又は短周期で振動させる、本体部３０の周辺を周回させる等の動作を行ってもよい。また、重心移動装置５０は、ロボットアームに限定されず種々の構成を採ることが可能であり、例えば、レールと、レールに沿って移動するスライダとを備えた構成でもよい。

図３に示すように、ドローン１２の本体部３０内には、フライトコントローラ４２の他に、飛行状態を検出するセンサ群６２と、外部との間で情報通信可能な送受信モジュール６４と、電力供給用のバッテリ６６と、通信情報を処理する通信コントローラ６８と、が設けられている。なお、ドローン１２は、フライトコントローラ４２、重心移動装置５０の移動コントローラ６０及び通信コントローラ６８を一体化した制御部を有していてもよい。

センサ群６２は、ドローン１２の飛行状態を検出し、その検出情報をフライトコントローラ４２及び通信コントローラ６８に出力する複数種類の検出器を含む。例えば、センサ群６２の検出器としては、ジャイロセンサ（角加速度センサ、角速度センサ）、ＧＰＳ装置、加速度センサ、速度センサ、距離センサ、高度センサ、カメラ等があげられる。すなわち、センサ群６２が出力する検出情報には、ドローン１２の姿勢（角加速度、又は角速度）、位置情報、加速度、速度、下方距離、高度等がある。

フライトコントローラ４２は、移動コントローラ６０と同様に、コンピュータとして構成されている。フライトコントローラ４２は、検査装置１４から送信される飛行指令ＦＣに基づき、複数（８つ）のプロペラ駆動部３４の回転駆動を個別に制御してドローン１２を飛行させる。また、フライトコントローラ４２は、ドローン１２の飛行中にセンサ群６２の検出情報を取得し、検出情報に応じて飛行状態を自律的に制御する。なお、フライトコントローラ４２は、飛行内容をメモリに予め記憶しておくことで、飛行指令ＦＣによらず自動的に飛行を行う構成でもよい。

送受信モジュール６４は、検査装置１４との間で無線通信回線を構築し、検査装置１４と、通信コントローラ６８との間で情報の送受信を行う。また、バッテリ６６は、プロペラ駆動部３４（ＥＳＣ４０）、フライトコントローラ４２、センサ群６２の各検出器、送受信モジュール６４、通信コントローラ６８及び重心移動装置５０に接続されており、動作に必要な電力を適宜供給する。

通信コントローラ６８は、移動コントローラ６０と同様に、コンピュータとして構成され、送受信モジュール６４による通信を制御する。通信コントローラ６８は、送受信モジュール６４を介して検査装置１４から送信される飛行指令ＦＣや重心移動指令ＧＣを受信する一方で、送受信モジュール６４を介してドローン１２の飛行状態の測定結果ＭＲを検査装置１４に送信する。

また、通信コントローラ６８は、図示しないプログラムをプロセッサが実行することで、指令を振り分けると共に、飛行状態を検査（取得）する機能ブロックを構築する。具体的には、図４に示すように、指令処理部７０、動作前測定部７２、動作中／後測定部７４及び測定結果生成出力部７６が形成される。

指令処理部７０は、検査装置１４から受信した指令に関して飛行指令ＦＣ及び重心移動指令ＧＣを判別する。飛行指令ＦＣである場合にはフライトコントローラ４２に該飛行指令ＦＣを提供し、重心移動指令ＧＣである場合には移動コントローラ６０に該重心移動指令ＧＣを提供する。

また、指令処理部７０は、飛行指令ＦＣと重心移動指令ＧＣ、又はドローン１２の飛行状況と総合重心位置の位置を解析し、ドローン１２の飛行中に重心移動指令ＧＣがなされたか否か、或いはドローン１２の重心移動中に飛行指令ＦＣが変化したか否かを判定する。そして、指令処理部７０は、飛行中に重心移動指令ＧＣがなされた場合或いは重心移動中に飛行指令ＦＣが変化した場合には、ドローン１２の飛行状態の測定を実施する。

動作前測定部７２は、飛行中に総合重心位置を移動する場合に、移動コントローラ６０と連動して、移動を実施する直前のドローン１２の飛行状態を取得する。すなわち、センサ群６２から重心移動直前の姿勢、位置、加速度、速度等の検出情報（実施前データともいう）を取得して、この検出情報を記憶する。また、動作前測定部７２は、重心移動中に飛行内容を変化させる場合に、フライトコントローラ４２と連動して、変化直前のドローン１２の飛行状態を取得する。

一方、動作中／後測定部７４は、飛行中に総合重心位置を移動する場合に、総合重心位置の移動中及び／又は移動後の所定時間までのドローン１２の飛行状態（検出情報）を取得し記憶する。また、動作中／後測定部７４は、重心移動中に飛行内容を変化させる場合に、飛行内容の変化中及び／又は変化後の所定時間までのドローン１２の飛行状態（検出情報：実施後データともいう）を取得し記憶する。この動作中／後測定部７４による測定では、動作中の時間を計測すると共に、動作後にドローン１２の飛行が安定するまでの復帰時間を計測して、検出情報と紐付けて記憶する。

測定結果生成出力部７６は、動作前測定部７２及び動作中／後測定部７４が記憶した検出情報を適宜抽出して、測定結果ＭＲのデータを生成する。また、測定結果生成出力部７６は、生成した測定結果ＭＲを適宜のタイミングで検査装置１４に自動送信する。なお、飛行状態検査システム１０は、ドローン１２から検査装置１４に測定結果ＭＲをリアルタイムに送信する構成に限らず、ドローン１２が着地するまで測定結果ＭＲを蓄積し、着地後に測定結果ＭＲをまとめて送信する構成としてもよい。

図１及び図３に示すように、飛行状態検査システム１０の検査装置１４は、飛行予定空間１６の外側から飛行予定空間１６の内側のドローン１２に対して飛行指令ＦＣや重心移動指令ＧＣ、測定結果ＭＲ等の情報を送受信するように構成される。検査装置１４は、コンピュータである制御本体部８０と、検査者（ユーザ）が視認及び操作するための表示入力部８２（キーボードやマウスとディスプレイ、タッチパネル等）と、ドローン１２との間で無線通信回線を構築する送受信モジュール８４と、を有する。

制御本体部８０は、メモリに記憶された検査プログラム８５を読み出して実行することで、ドローン１２の飛行状態を検査する機能部を構成する。具体的には、図４に示すように、制御本体部８０の内部には、飛行指令部８６、重心移動指令部８８、飛行状態判定部９０及びデータ蓄積部９２が構築される。

飛行指令部８６は、ユーザの操作又はプログラムに登録された手順に基づき、ドローン１２の飛行内容の情報を飛行指令ＦＣとして生成する。そして、飛行指令部８６は、生成した飛行指令ＦＣを、送受信モジュール６４を介してドローン１２に送信する。

重心移動指令部８８は、ユーザの操作又はプログラムに登録された手順に基づき、重心移動装置５０の移動内容の情報を重心移動指令ＧＣとして生成する。そして重心移動指令部８８は、生成した重心移動指令ＧＣを、送受信モジュール６４を介してドローン１２に出力する。

一方、飛行状態判定部９０は、ドローン１２から送信される測定結果ＭＲに基づき、ドローン１２の飛行状態の良否判定を行う。例えば、飛行状態判定部９０は、ドローン１２の上方向、下方向、前端方向、後端方向、両側方向、ヨー方向等の移動、及びホバリング等の飛行状況に応じた許容範囲を予め有している。

そして、飛行状態判定部９０は、測定結果ＭＲに含まれる重心移動の実施前（或いは飛行内容の変化前）に測定した実施前データを基準値に設定し、この基準値に対して許容範囲を加えることで、良否判定の閾値を設定する。なお、飛行状態判定部９０は、重心移動の実施前に測定した検出情報の他にも、例えば、飛行指令ＦＣや重心移動指令ＧＣに含まれる検出情報の目標値に対して許容範囲を設定してもよい。

一例として、飛行状態判定部９０は、ドローン１２の飛行中のピッチ角、ロール角等の姿勢に関する実施前データを姿勢基準値とし、この姿勢基準値に対し姿勢許容範囲を設定する。姿勢許容範囲は、例えばホバリングの場合、姿勢基準値に対して±２°の範囲であるとよい。

また、飛行状態判定部９０は、ドローン１２の飛行中の位置（ＧＰＳの位置情報、下方距離或いは高度）に関して実施前データを位置基準値とし、この位置基準値に対し位置許容範囲を設定する。位置許容範囲は、例えば、ホバリングの場合、位置基準値に対し±２０ｃｍの範囲であるとよい。

さらに、飛行状態判定部９０は、ドローン１２の飛行中の加速度（又は速度）に関して実施前データを加速度基準値とし、この加速度基準値に対し加速度許容範囲を設定する。加速度許容範囲は、例えば、ホバリングの場合、加速度基準値に対し±０．２ｍ／ｓ²の範囲であるとよい。また、飛行状態判定部９０は、ドローン１２の移動中の速度に関して実施前データを基準速度制限値とし、この基準速度制限値に対し速度許容範囲を設定する。

そして、飛行状態判定部９０は、測定結果ＭＲに含まれる動作中及び／又は動作後の検出情報（姿勢、位置、速度、加速度等）である実施後データと、許容範囲（良否判定の閾値）とをそれぞれ比較する。比較において実施後データが許容範囲内にある場合には、実施した重心移動や飛行内容の変化が飛行状態を大きく損なうものではない、つまり飛行状態が良好であると判定する。その一方で、測定結果ＭＲが許容範囲を超えた場合には、実施した重心移動や飛行内容の変化が飛行状態を大きく損なう、つまり飛行状態が不良であると判定する。

またさらに、飛行状態判定部９０は、測定結果ＭＲに含まれる時間に基づく判定を実施してもよい。例えば、重心移動前の時間から、重心移動に伴い姿勢変化、位置変化、加速度変化又は速度変化を起こして元の姿勢、位置、加速度、速度に戻るまでの復帰時間を計測する。そして復帰時間が、予め定められている経過時間内であれば、任意の飛行状況において実施した重心移動が飛行状態を大きく損なうものではないと判断する。逆に、復帰時間が経過時間を過ぎれば、任意の飛行状況において実施した重心移動が飛行状態を大きく損なうと判断する。

データ蓄積部９２は、ドローン１２の飛行中に重心移動した場合或いは重心移動中に飛行内容が変化した場合の測定結果ＭＲを取得すると、この測定結果ＭＲをデータベース化する等の処理を行ってメモリに記憶する。この際、データ蓄積部９２は、ドローン１２の飛行状態の他に、指令内容、及び飛行状態判定部９０による判定結果を紐付けて記憶する。

これにより、検査装置１４のユーザは、検査装置１４の表示入力部８２を操作することで、ドローン１２の重心移動に伴う飛行状態を容易に確認し、また他の測定結果ＭＲと比較することができる。

本実施形態に係る飛行状態検査システム１０及び検査プログラム８５は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、実際に検査を行う際の処理フロー（飛行検査方法）について説明する。

飛行状態検査システム１０は、図５に示すように、ドローン１２の飛行状態を検査する際に、ユーザの操作下に、検査装置１４からドローン１２に飛行指令ＦＣを送信する（ステップＳ１）。ドローン１２は、飛行指令ＦＣを受信すると、通信コントローラ６８により飛行指令ＦＣをフライトコントローラ４２に送信する。フライトコントローラ４２は、飛行指令ＦＣに基づきプロペラ駆動部３４を駆動制御して、ドローン１２を指令した飛行状況に制御する。

そして、検査装置１４は、ユーザの操作下に、ドローン１２に重心移動指令ＧＣを送信する（ステップＳ２）。これにより、ドローン１２の通信コントローラ６８は、重心移動指令ＧＣを重心移動装置５０に送信し、移動コントローラ６０による総合重心位置の移動準備がなされる。また通信コントローラ６８は、重心移動を実施する際（実施前を含む）の飛行状態の測定準備を整える。なお、飛行状態検査方法において、ステップＳ１とステップＳ２の順序は逆でもよい。すなわち、先に検査装置１４からドローン１２に重心移動指令ＧＣを出力して重心移動の実施を開始又は準備し、その後に検査装置１４からドローン１２に飛行指令ＦＣを出力することで、重心移動中にドローン１２の飛行内容を変化させることができる。また、検査装置１４は、飛行指令ＦＣと重心移動指令ＧＣに動作タイミングが記述されていれば、これらの指令を同時に送信してもよい。

ドローン１２の通信コントローラ６８は、ステップＳ１及びステップＳ２の後、飛行状態の測定処理を実施する（ステップＳ３）。この測定処理では、図６Ａに示す処理フローに従って処理を行う。

すなわち、ドローン１２が上述した各種の飛行状況において重心移動を行う場合、動作前測定部７２は、重心移動直前のドローン１２の飛行状態をセンサ群６２により検出して、その検出情報（実施前データ）を記憶する（ステップＳ３－１）。また、重心移動装置５０の重心移動中に飛行内容を変化させる場合には、飛行内容が変化する前の飛行状態をセンサ群６２により検出して、その検出情報を記憶する。

次に、ドローン１２の飛行中に重心移動を行う場合は、移動コントローラ６０により重心移動装置５０を制御して、重心移動指令ＧＣに応じた総合重心位置の移動を行う（ステップＳ３－２）。また、重心移動装置５０の重心移動中に飛行状況を変化させる場合は、フライトコントローラ４２により複数のプロペラ駆動部３４を制御して、飛行指令ＦＣに応じた飛行内容に制御する。

そして、ステップＳ３－２の実施中及び実施後に、動作中／後測定部７４は、ドローン１２の飛行状態をセンサ群６２により検出し、その検出情報を記憶する（ステップＳ３－３）。

ステップＳ３－３の実施後、測定結果生成出力部７６は、動作前測定部７２及び動作中／後測定部７４が測定し記憶した飛行状態（実施前データ、実施後データ）を抽出して、検出装置に送信可能な測定結果ＭＲの情報を生成する（ステップＳ３－４）。これによりドローン１２による測定処理が終了する。

図５に戻り、ドローン１２は、測定処理（ステップＳ３）が終了すると、測定結果生成出力部７６により、生成した測定結果ＭＲを検査装置１４に送信する（ステップＳ４）。

検査装置１４は、ドローン１２が送信した測定結果ＭＲを受信すると、この測定結果ＭＲに対し判定蓄積処理を行う（ステップＳ５）。この判定蓄積処理では、図６Ｂに示す処理フローを実施する。

すなわち、検査装置１４の飛行状態判定部９０は、測定結果ＭＲに基づき、ドローン１２の飛行中に重心移動を行った場合に、その飛行状態が良好であったか、不良であったかを判定する（ステップＳ５－１）。なお、重心移動装置５０の重心移動中に飛行状況を変化させる場合も、同様に、その飛行状態が良好であったか、不良であったかを判定する。

そして、検査装置１４のデータ蓄積部９２は、飛行指令ＦＣや重心移動指令ＧＣ、受信した測定結果ＭＲ等に対し、ステップＳ５－１における判定結果を紐付けて、メモリに記憶する（ステップＳ５－２）。この際、検査装置１４は、重心移動に伴うドローン１２の飛行状態をデータベース化して記憶する。

以上のように、本実施形態に係る飛行状態検査システム１０、飛行状態検査方法及びプログラムは、検査装置１４によりドローン１２の飛行中に総合重心位置の移動を実施する際、又はドローン１２の重心移動中に飛行内容を変化させる際に、ドローン１２の飛行状態に関わる情報（測定結果ＭＲ）を取得及び記憶する。これにより、ドローン１２の重心移動に伴う飛行状態について測定することができる。すなわち、ドローン１２が重心移動を行うことで、搭載体の重心変化や外乱による姿勢変化等の様々な飛行環境を模擬することが可能となる。その結果、ドローン１２の飛行状態の試験等において、現実に即すると共に目的に応じた検査を実施することが可能となり、ドローン１２の開発効率や安全性の向上等を促進することができる。

例えば、開発予定のドローン１２が人を搭乗させる搭載型の場合には、実際に人が搭乗しなくても、人が搭乗した時（体重移動等による姿勢変化）と同等のドローン１２の飛行状態を検査することができる。或いは、開発予定のドローン１２が重量物（荷物）を積載させる積載型の場合には、実際に重量物を積載しなくても、重量物を積載した時（荷物移動等による重心位置変化）と同等のドローン１２の飛行状態を検査することができる。

飛行状態検査システム１０は、ドローン１２と検査装置１４が別体であることで、ドローン１２の着陸や接触等に伴う衝撃を防いで、ドローン１２の飛行状態を良好に検査することが可能である。また、検査装置１４は、飛行指令ＦＣ及び／又は重心移動指令ＧＣに応じて、動作したドローン１２の飛行状態に関わる情報を取得するため、測定結果ＭＲと指令内容を紐付けて記憶することで、検査データの取扱や確認等を容易化させることができる。

そして、飛行状態検査システム１０の検査装置１４は、ドローン１２の飛行中に総合重心位置を移動する前、又はドローン１２の重心移動中に飛行内容を変化させる前、に測定を行い、実施前データを得る。これにより実施前データを活用して、飛行状態を良好に検査することができる。

また、飛行状態検査システム１０の検査装置１４は、ドローン１２の飛行中に総合重心位置の移動を実施する最中及び／又は実施した後、又はドローン１２の重心移動中に飛行内容を変化させている最中及び／又は変化させた後、に測定を行い、実施後データを得る。これにより、ドローン１２の重心移動に伴う飛行状態について確実に検査することができる。

さらに、飛行状態検査システム１０は、検査装置１４の飛行状態判定部９０によりドローン１２の飛行状態の良否を判定することで、データの検討を容易化させることができ、使い勝手を一層向上させることができる。

特に、飛行状態に関わる情報（測定結果ＭＲ）が、ドローン１２の飛行中における姿勢、位置、加速度及び速度のうち少なくとも１つを含むことで、飛行状態検査システム１０は、ドローン１２の飛行状態を充分に検査することができる。

〔第２実施形態〕
図７及び図８に示すように、第２実施形態に係る飛行状態検査システム１０Ａは、ドローン１２の飛行予定空間１６にドローン１２を撮影する撮影装置１００を設けた点で、第１実施形態に係る飛行状態検査システム１０と異なる。なお、以降の説明において、上述の実施形態と同じ構成又は同じ機能を有する要素には、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

また、飛行状態検査システム１０Ａでは、撮影装置１００による撮影を補助するマーカ１０２をドローン１２に設けている。例えば、マーカ１０２は、直方形状のドローン１２において８つの角部に（４角のバー４６の上下位置に１つずつ）固定されている。なお、飛行状態検査システム１０Ａは、撮影装置１００が撮影した映像を処理して、映像の背景からドローン１２を抜き出す処理を行ってもよく、この場合、ドローン１２にマーカ１０２がなくてもよい。

ドローン１２を撮影する撮影装置１００は、例えば、飛行予定空間１６の４角にそれぞれ設けられ、飛行予定空間１６の略中央部を臨んでいる。この撮影装置１００は、ドローン１２の動きをデジタル的に記録するモーションキャプチャ部１０４を有する。モーションキャプチャ部１０４は、ドローン１２の撮影に伴い撮影フレーム単位で映ったマーカ１０２を抽出する。

また、検査装置１４の制御本体部８０は、各撮影装置１００が撮影したマーカ１０２の抽出情報を取得して、異なる撮影位置の撮影装置１００のマーカ１０２をマッチさせていき、３次元空間におけるドローン１２の動作を生成する撮影動作生成部１０６を有する。撮影動作生成部１０６は、生成したドローン１２の３次元の動作に基づき、飛行予定空間１６におけるドローン１２の飛行状態（姿勢、位置、加速度、速度等）を測定結果ＭＲとして抽出する。

なお、撮影動作生成部１０６は、検査装置１４とは別のコンピュータに設けられ、検査装置１４は該コンピュータから飛行状態を取得する構成でもよい。また、撮影装置１００の設置数や配置等は任意に設計してよいことは勿論である。

従って、検査装置１４は、重心移動指令ＧＣと撮影動作生成部１０６の測定結果ＭＲを用いて、第１実施形態と同様に判定蓄積処理を行うことができる。すなわち、撮影動作生成部１０６の測定結果ＭＲに基づき、ドローン１２の重心移動に伴う飛行状態の良否判定を行うと共に、判定結果をデータベース化することができる。

或いは、検査装置１４は、撮影動作生成部１０６の測定結果ＭＲと、ドローン１２（通信コントローラ６８）が送信する測定結果ＭＲとをそれぞれ取得して、ドローン１２の姿勢、位置、加速度、速度等を比較及び補正する処理を行う構成でもよい。これにより、ドローン１２の飛行状態を一層精度よく測定することが可能となる。

以上のように、第２実施形態に係る飛行状態検査システム１０Ａでも、撮影装置１００を用いることで、ドローン１２の重心移動を含んだ飛行状態について良好に測定することができる。特に、撮影装置１００は、ドローン１２と別体で床２２等に設置されるため、ドローン１２のぶれの影響がなく、ドローン１２の姿勢や位置等についての検出誤差を大幅に低減することが可能となる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。例えば、上述の実施形態では、ドローン１２と検査装置１４を別体に構成していたが、これに限定されず、ドローン１２の内部に検査部（検査装置１４と同様の機能）が設けられていてもよい。

また、検査装置１４は、飛行状態判定部９０を備えず、重心移動に伴う飛行状態を単純に測定（取得及び記憶）する構成でもよい。さらに、検査装置１４の一部又は全部をクラウドコンピューティングする構成でもよい。

１０、１０Ａ…飛行状態検査システム １２…ドローン（飛行体）
１４…検査装置（検査部） ５０…重心移動装置
６８…通信コントローラ ８５…検査プログラム
９０…飛行状態判定部 ９２…データ蓄積部
１００…撮影装置 ＦＣ…飛行指令
ＧＣ…重心移動指令 ＭＲ…測定結果

Claims (10)

1. 空中を飛行可能な飛行体の飛行状態を検査する飛行状態検査システムであって、
   前記飛行体は、該飛行体全体の重心位置を移動させる重心移動装置を有し、
   前記飛行体の重心移動中に飛行内容を変化させる際、における飛行状態に関わる情報を取得及び記憶する検査部を有する
   ことを特徴とする飛行状態検査システム。
2. 請求項１記載の飛行状態検査システムにおいて、
   前記検査部は、前記飛行体と別体に構成され、該飛行体との間で情報通信可能に接続されるコンピュータであり、
   前記飛行体に飛行指令及び／又は重心移動指令を送信して、前記飛行体が前記飛行指令及び／又は前記重心移動指令に基づき動作する際の前記飛行状態に関わる情報を受信する
   ことを特徴とする飛行状態検査システム。
3. 請求項１又は２記載の飛行状態検査システムにおいて、
   前記検査部は、前記飛行体の重心移動中に飛行内容を変化させる前、に前記飛行状態に関わる情報を取得する
   ことを特徴とする飛行状態検査システム。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の飛行状態検査システムにおいて、
   前記検査部は、前記飛行体の重心移動中に飛行内容を変化させている最中及び／又は変化させた後に、前記飛行状態に関わる情報を取得する
   ことを特徴とする飛行状態検査システム。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の飛行状態検査システムにおいて、
   前記検査部は、取得した前記飛行状態に関わる情報に基づき、前記飛行状態に関わる情報に含まれる所定の値が、予め設定された許容範囲内か否かを判定する判定部を有する
   ことを特徴とする飛行状態検査システム。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の飛行状態検査システムにおいて、
   前記飛行状態に関わる情報は、前記飛行体の飛行中における姿勢、位置、加速度及び速度のうち少なくとも１つを含む
   ことを特徴とする飛行状態検査システム。
7. 空中を飛行可能な飛行体の飛行状態を検査する飛行状態検査方法であって、
   前記飛行体は、該飛行体全体の重心位置を移動させる重心移動装置を有するものであり、
   検査部によって、前記飛行体の重心移動中に飛行内容を変化させる際の飛行状態に関わる情報を取得及び記憶する
   ことを特徴とする飛行状態検査方法。
8. 空中を飛行可能な飛行体の飛行状態を検査する検査装置のプログラムであって、
   前記飛行体は、該飛行体全体の重心位置を移動させる重心移動装置を有するものであり、
   検査装置を、前記飛行体の重心移動中に飛行内容を変化させる際の飛行状態に関わる情報を取得及び記憶する検査部として機能させる
   ことを特徴とするプログラム。
9. 請求項１～６のいずれか１項に記載の飛行状態検査システムにおいて、
   前記重心移動装置は、前記飛行体に設けられた複数のアームと、一のアームと他のアームの間を回動可能に連結する関節部とを備え、前記アームに固定された錘を移動させるロボットアームであり、
   前記重心移動装置は前記飛行体の本体の上面に固定される
   ことを特徴とする飛行状態検査システム。
10. 空中を飛行可能な飛行体の飛行状態を検査する飛行状態検査システムであって、
    前記飛行体は、該飛行体全体の重心位置を移動させる重心移動装置を有し、
    前記飛行体の飛行中に前記重心位置の移動を実施する際、又は前記飛行体の重心移動中に飛行内容を変化させる際、における飛行状態に関わる情報を取得及び記憶し、前記飛行状態に関わる情報に基づいて前記飛行状態の解析と前記飛行状態の良否判定との少なくとも一方を行う検査部を有する
    ことを特徴とする飛行状態検査システム。

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