JP7120509B2 - 飛行ロボット - Google Patents

Description

本発明は、飛行可能で且つ所定の作業を実行可能な飛行ロボットに関する。

近年では、無人飛行体が様々な用途に利用され、その開発が盛んに行われている。無人飛行体としては、無線操縦される無人ヘリコプタや、いわゆるドローンが利用されている。例えば、農業目的でのドローンの活用例としては、農薬散布、搭載されたカメラを用いての農作物の生育観察、農作物を霜害から保護するための気流生成等が例示できる（例えば、特許文献１を参照）。

また、農業目的に限らずその他の目的に広く利用できるように、無人飛行体に所定の作業を実行させるアーム等を設置して、飛行可能なロボットの開発も行われている。例えば、特許文献２に示す技術では、ロボット本体に設けられた複数のアーム上に、そのロボットの飛行を可能とするプロペラが設けられている。これにより当該ロボットが飛行し、任意の場所に移動し、その複数のアームを用いて地面上を歩行したり、所定の作業を行ったりすることができるとされている。また、特許文献３にも汎用性の高いロボットハンドをマルチコプターに取り付けて、飛行可能なロボットを構成する旨の開示がされている。

特開２０１８－００００１５号公報 国際公開第２０１６／１９３６６６号公報 特開２０１７－２０２５６１号公報 特開２００２－２００９９０号公報

ドローン等の無人飛行体は、主に飛行することを目的としている。そのため、無人飛行体そのものは作業を行うことはできず、一般には、そのような作業を行うためのアームや脚部等のマニピュレータが無人飛行体に取り付けられる。しかし、従来技術において、無人飛行体にマニピュレータが取り付けられる場合、当該マニピュレータは飛行体の本体側に連結されている。そのため、当該無人飛行体が実行可能な作業内容は、取り付けられているマニピュレータに依存することになり、無人飛行体による作業内容の汎用性は高くはない。

無人飛行体がマニピュレータにより作業を行う場所と、当該無人飛行体が飛行を開始する場所（例えば、無人飛行体の格納場所）とが比較的離れている場合、その作業場所における無人飛行体の作業内容が制限されてしまうと、無人飛行体の効率的な運用が阻害される虞がある。換言すれば、遠隔地での幅広い作業を可能とするためには、その作業内容に応じたマニピュレータを搭載した、多種類の無人飛行体を飛行させるか、無人飛行体の数が制限される場合には作業時間が長期化せざるを得ない。

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、作業のためのマニピュレータを搭載した飛行体である飛行ロボットに関し、可及的に幅広い作業内容を実行可能とする技術を提供することを目的とする。

本発明において、上記課題を解決するために、本発明の飛行ロボットを、作業を行うために作業マニピュレータが設けられている作業本体部側と、飛行のための推進ユニットが設けられている飛行本体部側とに分けて構成するとともに、両者が互いに接続及び離脱が可能となるように構成した。当該構成により、作業内容に応じた作業マニピュレータを適宜選択した上で飛行ロボットを構成でき、以て、当該飛行ロボットの作業内容を可及的に幅広く調整できる。

詳細には、本発明は、飛行本体部と、回転翼の駆動により推進力を発生させる推進ユニットを複数有し、該複数の推進ユニットは前記飛行本体部に設けられている推進部と、作業本体部と、所定作業を実行可能に構成され、且つ前記作業本体部に設けられた、一又は複数の作業マニピュレータを有する、マニピュレータ部と、前記作業本体部に対して前記飛行本体部が接続及び離脱が可能となるように、該作業本体部と該飛行本体部とに設けられた接続部と、を備える飛行ロボットである。そして、当該飛行ロボットは、前記接続部において前記作業本体部と前記飛行本体部とが接続した状態で、前記作業マニピュレータによる前記所定作業を実行する。

作業のためのマニピュレータを搭載した飛行体である飛行ロボットに、可及的に幅広い作業内容を実行させることができる。

実施例に係る飛行ロボットの概略構成を示す図である。 図１に示す飛行ロボットにおいて飛行本体部と作業本体部が分離している状態を、上方からの視点で示した図である。 図１に示す飛行ロボットにおいて飛行本体部と作業本体部が分離している状態を、下方からの視点で示した図である。 実施例に係る飛行ロボットにおいて形成される機能部をイメージ化した機能ブロック図である。 実施例に係る飛行ロボットの第１の変形例である。 実施例に係る飛行ロボットの第２の変形例である。 実施例に係る飛行ロボットにおいて実行される作業実行制御に関するフローチャートである。 実施例に係る飛行ロボットにおいて実行される充電制御に関するフローチャートである。

本実施形態の飛行ロボットは、飛行本体部側に設けられている複数の推進ユニットによって、飛行のための推進力が発生される。推進ユニットのそれぞれは回転翼を有し、当該回転翼が回転駆動されることでその推進ユニットによる推進力が決まる。好ましくは、推進ユニットのそれぞれの推進力は独立して制御可能である。飛行本体部への複数の推進ユニットの配置は任意に設計できる。飛行本体部に設けられている推進ユニットそれぞれの推進力のバランスによって、飛行ロボットの飛行状態（上昇、下降、旋回等）が制御される。飛行本体部に設けられている複数の推進ユニットは、全て同じ種類のものでもよく、異なる種類のものが混在していてもよい。

更に、飛行ロボットは、飛行本体部とは別に構成される作業本体部を備えている。この作業本体部と飛行本体部の両者によって、飛行ロボットが形成されることになる。作業本体部には、飛行ロボットにより実行される所定作業のための作業マニピュレータが設けられている。作業マニピュレータの構造、形状、大きさ等の緒言は、飛行ロボットに実行が求められる所定作業の内容に従って、適宜設計される。例えば、所定作業として対象物を
把持することが求められる場合には、想定される対象物を把持可能なエンドエフェクタを含むロボットアームに相当する構造物を作業マニピュレータとして採用してもよい。また別法として、所定作業として地面に接地したりその上を歩行したりすることが求められる場合には、歩行ロボットの一部又は全部を支持可能な脚に相当する構造物を作業マニピュレータとして採用してもよい。

そして、本実施形態の飛行ロボットは、作業マニピュレータが設けられる作業本体部と、推進ユニットが設けられる飛行本体部とが、接続部を介して接続及び離脱が可能となるように構成される。このように構成されると、飛行本体部に対して所定作業の内容が異なる作業マニピュレータを有する作業本体部を選択的に接続することができ、以て、幅広い内容の所定作業を実行可能な飛行ロボットを構成することができる。このことは、複数種類の作業内容に対応した作業マニピュレータがそれぞれ設けられた作業本体部を用意しておき、飛行本体部が接続部を介して接続される作業本体部を適宜交換することで、飛行ロボットとして、幅広い作業を効率的に実行することが可能となる。好ましくは、作業場所にそれらの作業本体部が用意されると、その作業場所での飛行ロボットの汎用性は飛躍的に高まる。

なお、本実施形態の飛行ロボットにおいて、作業マニピュレータを用いて所定作業が実行されるときに、推進ユニットにより推進力が発生され飛行ロボットが飛行していてもよく、別法として、飛行ロボットは飛行していない状態であってもよい。すなわち、推進ユニットは、飛行本体部と作業本体部とが接続された状態で駆動されてもよく、飛行本体部が作業本体部から分離した状態で駆動されてもよい。前者の場合、推進ユニットによる推進力を所定作業に反映でき、後者の場合、当該推進力を飛行本体部の飛行移動に反映できる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例＞
ここで、本実施例に係る飛行ロボット１について、図１及び図２Ａ、図２Ｂに基づいて説明する。飛行ロボット１は、飛行本体部２と作業本体部３とを含んで構成される。先ず、飛行本体部２について説明する。飛行本体部２は、複数の推進ユニット２３を有している。なお、図１に示す例では、６つの推進ユニット２３が飛行本体部２に搭載されているが、飛行本体部２の飛行が可能な限りにおいては、推進ユニット２３の搭載数は複数であれば６つに限られない。推進ユニット２３は、回転翼であるプロペラ２１とそれを回転駆動するためのアクチュエータ２２を有している。飛行本体部２に搭載されている推進ユニット２３は、全て同種類のユニットであるが、それぞれの推進ユニット２３においてアクチュエータ２２は独立して制御可能である。そのため、各推進ユニット２３により得られる推進力を適宜制御することが可能であり、以て、飛行本体部２及び飛行ロボット１における飛行姿勢や飛行速度等を適宜制御することが可能となる。なお、推進ユニット２３による飛行本体部等の飛行制御については、後述する。

ここで飛行本体部２では、概ねその中央に飛行側ボディ２５を有し、そこから放射状にブリッジ２４を介して、その先端側に推進ユニット２３が設けられている。６つの推進ユニット２３は、飛行側ボディ２５を中心として円周上に等間隔で配列されている。また、飛行側ボディ２５には、各推進ユニット２３のアクチュエータ２２に駆動電力を供給するためのバッテリ２７（図３を参照）や、当該バッテリ２７からアクチュエータ２２への電力供給等を制御する制御装置２００（図３を参照）が搭載されている。制御装置２００による飛行本体部２に関する制御については、その詳細は後述する。

次に、作業本体部３について説明する。作業本体部３は、所定作業を実行可能に構成された作業マニピュレータに相当する脚部３０を２つ（２脚）有している。本明細書において、作業本体部３が有する作業マニピュレータは、飛行ロボット１において実行することが期待される所定作業に対応して構成される。したがって、所定作業の内容が異なれば、作業マニピュレータとしての構成も基本的には異なることになる。本実施例では、作業マニピュレータが脚部３０として構成され、当該脚部３０には、所定作業としての飛行ロボット１の歩行作業が想定されている。なお、図１に示す例では、２脚の脚部３０が作業本体部３に設けられているが、所定作業としての歩行作業が可能な限りにおいては、脚部３０の数は２脚に限られず、３脚以上の脚部３０が設けられていてもよい。また、所定作業として、対象物を把持する把持作業が想定される場合には、後述の図４Ａや図４Ｂに示すように作業マニピュレータをアーム部４０と構成することもでき、更には、作業本体部３は、複数種類の作業マニピュレータ（例えば、脚部３０とアーム部４０）を有していてもよい。

脚部３０は、歩行作業により飛行ロボット１が歩行する際に接地する接地部３１と、接地部３１に対して関節を介して相対的に回転可能に接続された第１リンク部３２と、第１リンク部３２に対して関節を介して相対的に回転可能に接続された第２リンク部３３と、第２リンク部３３に対して関節を介して相対的に回転可能に接続された股関節部３４と、各関節の回転を駆動制御する複数のアクチュエータ（不図示）とを有する。これらの各関節は、想定される歩行作業に応じてその回転方向が設計されている。一例としては、接地部３１と第１リンク部３２との間の関節は、ロール軸及びピッチ軸周りの回転が可能に構成され、第１リンク部３２と第２リンク部３３との間の関節、及び第２リンク部３３と股関節部３４との間の関節は、ピッチ軸周りの回転が可能に構成される。なお、各関節の構成は、このような態様に限られない。

また、股関節部３４は、作業本体部３が有している作業側ボディ３５に対して、所定の関節を介して相対的に回転可能に接続されている。この所定の関節は、ヨー軸周りの回転が可能に構成されている。該所定の関節についても、ロール軸やピッチ軸周りの回転が可能に構成されてもよい。作業側ボディ３５に対して接続されている脚部３０については、２脚の脚部３０のそれぞれの内部に備えられている関節駆動のためのアクチュエータが連携して制御されることで、所定作業としての歩行作業が実現される。また、歩行作業以外の作業が脚部３０に対して想定されている場合、例えば、一方の脚部３０で飛行ロボット１を支持しながら、他方の脚部３０によって対象物に接触したり対象物に外力を作用させたりする場合、２脚の脚部３０を連携して制御してもよく、又は、それぞれの脚部３０を独立して制御してもよい。

また、作業側ボディ３５には、各脚部３０のアクチュエータに駆動電力を供給するためのバッテリ３７（図３を参照）や、当該バッテリ３７からアクチュエータへ電力供給し脚部３０による歩行等を制御する制御装置３００（図３を参照）が搭載されている。制御装置３００による作業本体部３に関する制御については、その詳細は後述する。

更に、飛行ロボット１においては、飛行本体部２と作業本体部３とは、互いに接続及び離脱が可能となるように構成されている。具体的には、図２Ａに示すように、作業本体部３においては作業側ボディ３５の頂部に、飛行本体部２との接続及び離脱を可能とする作業側コネクタ３６が設けられている。また、図２Ｂに示すように、飛行本体部２においては飛行側ボディ２５の底部に、作業本体部３との接続及び離脱を可能とする飛行側コネクタ２６が設けられている。飛行側コネクタ２６と作業側コネクタ３６には、互いを機械的に保持し固定するための機械的な接続機構と、接続して飛行ロボット１が形成された状態で、飛行本体部２と作業本体部３との間で制御信号や電力などの授受を可能にするための
電気的な接続機構とが設けられている。また、飛行側コネクタ２６と作業側コネクタ３６の離脱については、機械的な接続機構と電気的な接続機構のそれぞれによる接続状態を解消した上で、飛行本体部２が、その推進ユニット２３の駆動により飛行することで、飛行本体部２と作業本体部３の離脱が実現される。

なお、飛行ロボット１において飛行本体部２と作業本体部３との接続は、特定の相手方に限られない。すなわち、飛行本体部２は、異なる作業マニピュレータを有する作業本体部３のそれぞれに対して、任意に、又は選択的に互いの接続部を介して接続し、その後当該接続を解除して離脱することが可能である。そのために、飛行側コネクタ２６と作業側コネクタ３６における機械的な接続機構と電気的な接続機構は、共通する形態で形成されている。

＜飛行ロボット１の制御部＞
次に、飛行ロボット１が有する飛行本体部２と作業本体部３の制御的な構成について、図３に基づいて説明する。図３は、飛行本体部２と作業本体部３のそれぞれに含まれる各機能部を示すブロック図である。飛行本体部２は、飛行に関する飛行制御等を行うために制御装置２００を有している。制御装置２００は、演算処理装置及びメモリを有するコンピュータであり、機能部として、飛行制御部２１０、接続制御部２１１および充電制御部２１２を有している。各機能部は、制御装置２００において所定の制御プログラムが実行されることで形成される。

飛行制御部２１０は、飛行本体部２が単独で飛行する場合、及び、飛行本体部２が作業本体部３と接続されて飛行ロボット１として飛行する場合に、その飛行のための推進力を発生すべく推進ユニット２３を制御する機能部である。飛行制御部２１０は、飛行本体部２等の飛行状態に関連する環境情報に基づいて、６つの推進ユニット２３の推進力を制御する。当該環境情報としては、不図示の３軸（ヨー軸、ピッチ軸、ロール軸）に対応したジャイロセンサにより検出される飛行本体部２の角速度や、不図示の同３軸に対応した加速度センサにより検出される飛行本体部２の傾き等に関する情報が例示できる。飛行制御部２１０は、これらのセンサから取得された環境情報を利用して、飛行本体部２等の傾きをその飛行に適した状態となるようにフィードバック制御する。更に、環境情報には、地軸の向きを基準としたときに、絶対座標系における飛行本体部の向きである方位角を含めてもよく、当該方位角は、方位角センサにより検出できる。

飛行本体部２等を前後左右に移動させる場合には、飛行制御部２１０は、進行方向の推進ユニット２３のアクチュエータ２２の回転数を下げて、進行方向とは反対側の推進ユニット２３のアクチュエータ２２の回転数を上げることで、飛行本体部２等は、進行方向に対して前かがみの姿勢となり、所望の方向に進行する。また、飛行本体部２等を回転移動させる場合には、飛行制御部２１０は、プロペラ２１の回転方向による出力を、飛行本体部２等の回転方向に基づいて行う。例えば、飛行本体部２等を右回転させる場合には、飛行制御部２１０は、右回転しているプロペラ２１に対応するアクチュエータ２２の出力を下げるとともに、左回転しているプロペラ２１に対応するアクチュエータ２２の出力を上げる。

次に、接続制御部２１１は、後述する作業本体部３側の接続制御部３１１と連携して、飛行本体部２と作業本体部３とを接続し、及びその接続状態を解消し離脱する接続離脱制御を実行する機能部である。作業本体部３に対して飛行本体部２が、それぞれの接続用のコネクタ２６、３６を介して接続する場合、飛行本体部２側の接続制御部２１１は、飛行本体部２が有するイメージセンサ２９による撮像結果を利用して、作業本体部３の位置を確認するとともに、作業本体部３の作業側コネクタ３６が、飛行本体部２の飛行側コネクタ２６に対して接続のために好適な姿勢となっているかを判断する。

イメージセンサ２９は、単眼カメラまたはステレオカメラである。また、イメージセンサ２９は、カラーカメラであっても、モノクロームカメラであっても、あるいは、可視光以外の波長用カメラ（例えば、赤外線カメラや紫外線カメラ）であってもよい。例えば、作業本体部３側の作業側コネクタ３６に、複数のレーザ発光源を配置しておき、その輝点群をイメージセンサ２９が撮像することで、接続制御部２１１が作業側コネクタ３６の位置や姿勢を把握することができる。更に、イメージセンサ２９は、その撮像方向における深さを測定することもでき、以て、接続制御部２１１は、作業本体部３の作業側コネクタ３６に対する飛行本体部２の距離に基づき、飛行本体部２の接近を制御できる。そして、その姿勢が好適なものであれば、接続制御部２１１は、飛行制御部２１０を介して飛行本体部２を作業本体部３に近接させ、互いの接続用のコネクタ２６、３６を接触させて、機械的及び電気的な接続を実行させる。

一方で、作業本体部３の作業側コネクタ３６が接続のために好適な姿勢となっていない場合には、飛行本体部２側の通信部２８と作業本体部３側の通信部３８を介して、接続制御部２１１は、作業本体部３側の接続制御部３１１に対して、作業側コネクタ３６の姿勢を調整するように指令を出す。ここで、通信部２８及び通信部３８は、飛行本体部２と作業本体部３とが互いの接続用のコネクタ２６、３６により接続されている場合には、両コネクタでの電気的な接続機構によって、通信部２８と通信部３８との間で有線通信が可能な状態になる。一方で、飛行本体部２と作業本体部３とが接続していない状態であって両者が近距離の位置にある場合は、通信部２８と通信部３８は、所定の無線通信規格を用いて、近距離（例えば、５ｍ程度）における無線通信を行うことが可能である。本実施例では、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ＬｏｗＥｎｅｒｇｙ規格（以下、ＢＬＥ）によるデータ通信を行う。ＢＬＥとは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈによる低電力通信規格であり、機器同士のペアリングを必要とせず、相手を検知することですぐに通信を開始できるという特徴を有する。その他にも、ＮＦＣ（Near Field Communication）、ＵＷＢ（Ultra Wideband）、ＷｉＦｉ（登録商標）などを利用することもできる。更に、飛行本体部２と作業本体部３との距離が、上記近距離通信ができない程度に離れている場合は、通信部２８と通信部３８のそれぞれは、３Ｇ（3rd Generation）やＬＴＥ（Long Term Evolution）等の移
動体通信サービスを利用して、外部の通信先と無線通信を行うことができる。

充電制御部２１２は、後述する作業本体部３側の充電制御部３１２と連携して、飛行本体部２と作業本体部３とが接続したときに、作業本体部３のバッテリ３７から飛行本体部２のバッテリ２７への電力供給を制御する機能部である。当該電力供給の制御については、図６に基づいて後述する。充電制御部２１２は、飛行本体部２のバッテリ２７の残存する電力量（ＳＯＣ：State Of Charge）の監視も行う。

次に、作業本体部３側の機能部について説明する。作業本体部３は、作業マニピュレータによる所定作業、すなわち本実施例の場合には脚部３０による歩行作業を行うために制御装置３００を有している。制御装置３００は、演算処理装置及びメモリを有するコンピュータであり、機能部として、歩行制御部３１０、接続制御部３１１および充電制御部３１２を有している。各機能部は、制御装置３００において所定の制御プログラムが実行されることで形成される。

歩行制御部３１０は、作業本体部３が単独で歩行する場合、及び、飛行本体部２が作業本体部３と接続されて飛行ロボット１として歩行する場合に、その歩行のために２脚の脚部３０に設けられているアクチュエータを制御する機能部である。歩行制御部３１０は、作業本体部３等の歩行状態に関連する環境情報に基づいて脚部３０を制御する。当該環境情報としては、不図示の３軸（ヨー軸、ピッチ軸、ロール軸）に対応したジャイロセンサにより検出される作業本体部３の角速度や、不図示の同３軸に対応した加速度センサによ
り検出される作業本体部３の傾き等に関する情報が例示できる。また、脚部３０の各関節に設けられたアクチュエータには、それぞれの回転状態に関する状態量（アクチュエータの回転軸の回転位置や回転速度等）を検出するエンコーダ（不図示）が設けられている。そして、各アクチュエータのエンコーダによって検出された各アクチュエータの状態量に基づいて、作業本体部３の傾き等が歩行に適した状態となるように、歩行制御部３１０は脚部３０のアクチュエータをサーボ制御する。

接続制御部３１１は、上記にて飛行本体部２側の接続制御部２１１について説明した通り、当該接続制御部２１１と連携して、飛行本体部２と作業本体部３とを接続し、及びその接続状態を解消し離脱する接続離脱制御を実行する機能部である。接続制御部３１１は、作業本体部３の作業側コネクタ３６が接続のために好適な姿勢となっていない場合に接続制御部２１１から作業側コネクタ３６の姿勢を調整するための指令を受け取ると、歩行制御部３１０を介して脚部３０を制御して、飛行本体部２に対する作業側コネクタ３６の姿勢を調整する。なお、その調整量については、イメージセンサ２９を介して接続制御部２１１が取得した、作業側コネクタ３６の姿勢のずれに基づいて行われる。

＜飛行ロボット１の変形例１＞
ここで、図４Ａに基づいて、飛行ロボット１の第１の変形例について説明する。なお、図４Ａに示す飛行ロボット１は、その飛行本体部２と作業本体部３とが、互いの接続用コネクタによって接続された状態となっている。また、図４Ａに示す飛行ロボット１と図１に示す飛行ロボット１とは、作業本体部３の構成が異なっているため、共通の飛行本体部２の説明は割愛する。

図４Ａに示す飛行ロボット１の作業本体部３は、所定作業を実行可能に構成された作業マニピュレータに相当するアーム部４０を一本有している。なお、アーム部４０には、所定作業として、対象物を把持する把持作業が想定されている。アーム部４０は、対象物を把持するためのエンドエフェクタ４１と、エンドエフェクタ４１に対して関節を介して相対的に回転可能に接続された手首部４２と、手首部４２に対して関節を介して相対的に回転可能に接続された第１リンク部４３と、第１リンク部４３に対して関節を介して相対的に回転可能に接続された第２リンク部４４と、各関節の回転を駆動制御する複数のアクチュエータ（不図示）とを有する。これらの各関節は、対象物の把持作業に応じてその回転方向が設計されている。一例としては、エンドエフェクタ４１と手首部４２との間の関節は、ヨー軸周りの回転が可能に構成され、手首部４２と第１リンク部４３との間の関節は、ロール軸周りの回転が可能に構成され、第１リンク部４３と第２リンク部４４との間の関節は、ピッチ軸周りの回転が可能に構成される。なお、各関節の構成は、このような態様に限られない。

また、第２リンク部４４は、作業本体部３が有している作業側ボディ４５に対して、所定の関節を介して相対的に回転可能に接続されている。この所定の関節は、ヨー軸及びピッチ軸周りの回転が可能に構成されている。該所定の関節についても、ロール軸周りの回転が可能に構成されてもよい。作業側ボディ４５に対して接続されているアーム部４０については、その内部に備えられている関節駆動のためのアクチュエータが制御されることで、所定作業としての把持作業が実現される。対象物の把持に関する制御については、公知の技術であるため本明細書ではその詳細な説明は割愛する。なお、作業側ボディ４５にも、上述の作業側コネクタ３６、バッテリ３７、通信部３８、制御装置３００に相当する構成が備えられている。そして、制御装置３００に相当する制御装置によって、上記のアーム部４０による把持制御に加えて、飛行本体部２と作業本体との接続離脱制御や、作業本体部３のバッテリから飛行本体部２へのバッテリ２７への電力供給も制御される。

＜飛行ロボット１の変形例２＞
ここで、図４Ｂに基づいて、飛行ロボット１の第２の変形例について説明する。図４Ｂに示す飛行ロボット１と図１に示す飛行ロボット１とは、主に作業本体部３の構成が異なっており、共通の飛行本体部２の説明は割愛する。

ここで、図４Ｂに示す飛行ロボット１は、図１に示す飛行ロボット１と同じように、作業側ボディ３５に２脚の脚部３０が取り付けら、更に、作業側ボディ３５に、図４Ｂに示す飛行ロボット１と同じようにアーム部４０が一本取り付けられている。すなわち、本変形例の飛行ロボット１は、上述した脚部３０による歩行作業に加えて、アーム部４０による、対象物を把持する把持作業も所定作業として実行可能である。なお、当該歩行作業及び把持作業については、上述したとおりである。また、本変形例の作業側ボディ３５にも、上述の作業側コネクタ３６、バッテリ３７、通信部３８、制御装置３００に相当する構成が備えられている。そして、制御装置３００に相当する制御装置によって、上記のアーム部４０による把持制御に加えて、飛行本体部２と作業本体との接続離脱制御や、作業本体部３のバッテリから飛行本体部２へのバッテリ２７への電力供給も制御される。

このように構成される飛行ロボット１では、上述したように、脚部３０による歩行作業とアーム部４０による把持作業の両者を実行できる。両作業は同時に行われていてもよく、又は交互に行われてもよい。また、飛行ロボット１は、飛行本体部２の推進ユニット２３の推進力により飛行しながら（すなわち、脚部３０が接地しない状態で）、アーム部４０による把持作業を行うことも可能である。また、別法として、脚部３０だけでは飛行ロボット１の本体部を支持しにくい足場の悪い場所においても、飛行ロボット１は、脚部３０が接地した状態で推進ユニット２３を駆動することで、推進ユニット２３に掛かる負荷を抑えながら当該場所に飛行ロボット１を配置させ、例えば、そこでアーム部４０により所定の把持作業を行うことも可能である。

＜作業実行制御＞
ここで、図５に基づいて、飛行ロボット１によって所定作業を実行する作業実行制御について説明する。当該作業実行制御は、飛行本体部２及び作業本体部３において所定の制御プログラムが実行されることで実現される。なお、本実施例では、飛行ロボット１を形成する前の飛行本体部２が、所定作業の実行が求められている作業場所に飛行し、そこで作業本体部３と接続して飛行ロボット１となり、求められている作業を遂行するものとする。

先ず、Ｓ１０１では、飛行本体部２は、外部から通信部２８を介して所定作業の指示を受領する。当該指示には、所定作業を行う場所に関する情報、その作業場所で実行すべき所定作業に関する情報、及びその所定作業に対応した作業本体部３を識別する情報が含まれる。当該指示には、複数の所定作業に関する情報、及びそれらに対応する作業本体部３の識別情報が含まれていてもよい。なお、本実施例では、歩行作業と対象物の把持作業の２つの情報が当該指示に含まれ、歩行作業、把持作業の順に実行するものとする。そして、飛行本体部２が当該指示を受領すると、そこに含まれる作業場所に関する情報に基づいて、当該作業場所へと飛行移動する（Ｓ１０２の処理）。この飛行は、飛行制御部２１０により実行される。なお、本実施例では、当該作業場所に所定作業に対応した作業本体部３が配置されているものとする。

次のＳ１０３では、上記指示に含まれている識別情報に基づいて対象となる作業本体部３を探知し、それと接続する。具体的には、Ｓ１０２の処理により作業場所に飛行移動してきた飛行本体部２は、通信部２８の近距離通信機能を利用して対象となる作業本体部３を探し出すために、それに対応する識別情報を含んだポーリングを行う。このとき、対象となる作業本体部３が当該ポーリングを受けた場合、それに呼応して返信を行う。この結果、飛行本体部２は、対象となる作業本体部３を探知できる。探知した後は、当該作業本
体部３の作業側コネクタ３６に対して飛行本体部２の飛行側コネクタ２６が接続されるように、上述した接続離脱制御が行われる。このＳ１０３の一連の処理は、飛行本体部２の接続制御部２１１と作業本体部３の接続制御部３１１とが連携して実行する。

Ｓ１０３の処理により飛行本体部２と作業本体部３とが接続されると飛行ロボット１が形成される。そして、Ｓ１０４の処理では、接続された作業本体部３に搭載されている作業マニピュレータによる所定作業が開始される。そして、Ｓ１０５では、その所定作業が終了したか否かが判定される。当該終了の判定については、作業本体部３の作業マニピュレータによって定められていた所定作業が終了したときに、その終了通知が作業本体部３から飛行本体部２へと送られ、その制御装置２００によって作業終了と判定される。そして、Ｓ１０５で肯定判定されるとＳ１０６へ進み、否定判定されると再びＳ１０５の判定処理が行われる。

そして、Ｓ１０６では、接続していた作業本体部３の作業マニピュレータを用いた所定作業が終了したことをもって、飛行側コネクタ２６と作業側コネクタ３６との接続を解消して、飛行本体部２が作業本体部３から離脱する。この離脱の処理は、接続制御部２１１と接続制御部３１１とが連携して実行する。Ｓ１０６の処理が終了すると、Ｓ１０７へ進む。

Ｓ１０７では、Ｓ１０１で受領した作業指示に含まれる全ての所定作業が終了したか否かが判定される。すなわち、飛行本体部２の制御装置２００が、全ての所定作業について作業終了の通知を作業本体部３から受け取っていれば、全ての所定作業が終了したこととなる。本実施例では、上記の通り、作業指示に従い歩行作業と把持作業を行うことになっているため、制御装置２００がこれら２つの所定作業に関する終了通知を受け取っていればＳ１０７では肯定判定され、本制御を終了する。一方で、制御装置２００が２つの所定作業に関する終了通知を受け取っていなければＳ１０７では否定判定され、再びＳ１０３以降の処理が繰り返される。

上記の作業実行制御によれば、本実施例の場合、作業指示を受けた飛行本体部２は作業場所に到着すると、最初に図１に示すような脚部３０を作業マニピュレータとして備える作業本体部３と接続して、所定作業として歩行作業を実行する。当該歩行作業では、例えば、飛行ロボット１が飛行することが困難な場所に進入することができ、そのような場所で不図示のセンサやカメラ等を利用して、目的とする情報の収集等を行うことができる。更に、当該歩行作業が終了すると、飛行本体部２は現在接続している作業本体部３から離脱し、次には図４Ａや図４Ｂに示すようなアーム部４０を作業マニピュレータとして備える、別の作業本体部３と接続して、所定作業として把持作業を実行する。当該把持作業では、飛行本体部２により飛行ロボット１を飛行させながら、不図示のカメラ等を利用して対象物を認識した上で当該対象物の把持を行う。

このように飛行本体部２と作業本体部３とが接続及び離脱が可能に構成される飛行ロボット１によれば、飛行本体部２が選択的に作業本体部３と接続することで、飛行ロボット１として実行可能な所定作業の内容を好適に切り替えることができる。特に、上記のように作業場所に多種の作業本体部３が配置されていることで、飛行ロボット１として実行可能な作業内容の切り替えを、その作業場所で円滑に行うことができ、以て、多種の作業を効率的に実現することが可能となる。なお、最後の所定作業を終了したときには、必ずしも飛行本体部２と作業本体部３とは離脱をする必要はない。

＜充電制御＞
次に、図６に基づいて、飛行ロボット１において実行される充電制御について説明する。当該充電制御は、飛行本体部２と作業本体部３とが接続したときに、充電制御部２１２
と充電制御部３１２によって実行される制御であり、飛行本体部２のバッテリ２７の充電に関する制御である。上記の作業実行制御で示したように飛行本体部２は実行予定の所定作業に応じて、順次、複数の作業本体部３と接続、離脱し、またそのために飛行を行う必要があり、多くの電力が必要とされる一方で、いたずらにバッテリ２７を大型化してしまうと、飛行本体部２の飛行能力を阻害してしまうおそれがある。そこで、飛行本体部２の連続動作を確保するために、当該充電制御は有用と考えられる。

以下、充電制御の詳細について説明する。先ず、Ｓ２０１では、飛行本体部２と作業本体部３とが接続したか否かが判定される。例えば、接続用のコネクタ２６、３６を介して飛行本体部２と作業本体部３が接続したときに、接続制御部２１１と接続制御部３１１が電気的に有線で接続されたことをもって、両者が接続されたと判定できる。Ｓ２０１で肯定判定されるとＳ２０２へ進み、否定判定されると本制御を終了する。

Ｓ２０２では、飛行本体部２側において、バッテリ２７の充電を行う必要があるか否かが判定される。具体的には、充電制御部２１２が監視しているバッテリ２７のＳＯＣが、所定の閾値（満充電を１００％としたときに、例えば３０％を閾値とする）を下回っている場合、バッテリ２７の充電が必要と判定できる。Ｓ２０２で肯定判定されるとＳ２０３へ進み、否定判定されると本制御を終了する。

次に、作業本体部３側において、バッテリ３７からバッテリ２７の給電を行うことが可能か否かが判定される。飛行本体部２が接続した作業本体部３においては、脚部３０やアーム部４０によって所定作業を行う必要がある。そこで、当該判定においては、まだ、所定作業が終了していない場合は、それを終了させるのに要する電力量を考慮した上で、充電制御部３１２が監視しているバッテリ３７のＳＯＣに基づいて上記判定を行う。なお、既に所定作業が終了している場合には、バッテリ３７に電力量が残存していればバッテリ２７への給電が可能となる。Ｓ２０３で肯定判定されるとＳ２０４へ進み、否定判定されると本制御を終了する。

次に、Ｓ２０４では、作業本体部３のバッテリ３７から飛行本体部２のバッテリ２７への給電が開始される。このとき、作業本体部３での所定作業の実行や充電後において作業本体部で必要とされる処理（外部との通信処理等）が阻害されない限りにおいて、バッテリ２７のＳＯＣが可及的に１００％に近づくように給電が行われるのが好ましい。

上記充電制御が行われることで、飛行本体部２は作業本体部３からの給電を受けることができ、バッテリ２７の容量を比較的小さくしながらも飛行本体部２の飛行能力を好適なものに維持できる。このことは、飛行本体部２が、実行予定の所定作業に応じて、順次、複数の作業本体部３と接続、離脱し、またそのために飛行を行う必要がある上記の作業実行制御を実現するためにも有用である。

１・・・飛行ロボット、２・・・飛行本体部、３・・・作業本体部、２１・・・プロペラ、２２・・・アクチュエータ、２３・・・推進ユニット、２５・・・飛行側ボディ、２６・・・飛行側コネクタ、２７・・・バッテリ、３０・・・脚部、３５・・・作業側ボディ、３６・・・作業側コネクタ、３７・・・バッテリ、４０・・・アーム部

Claims (4)

1. 飛行本体部と、
   回転翼の駆動により推進力を発生させる推進ユニットを複数有し、該複数の推進ユニットは前記飛行本体部に設けられている推進部と、
   作業本体部と、
   所定作業を実行可能に構成され、且つ前記作業本体部に設けられた、一又は複数の作業マニピュレータを有する、マニピュレータ部と、
   前記作業本体部に対して前記飛行本体部が前記複数の推進ユニットの推進力により飛行することで接続及び離脱が可能となるように、該作業本体部と該飛行本体部とに設けられた接続部と、
   を備え、
   前記接続部において前記作業本体部と前記飛行本体部とが接続した状態で、前記作業マニピュレータによる前記所定作業を実行し、
   前記飛行本体部が前記所定作業の指示に基づいて、飛行しながら一又は複数の前記作業本体部から前記所定作業に対応した前記作業本体部を探知し、接続する、
   飛行ロボット。
2. 前記一又は複数の作業マニピュレータは、対象物を把持可能に構成されたアーム部であって、
   前記接続部において前記作業本体部と前記飛行本体部とが接続した状態で、前記推進部での推進力により飛行しながら、前記所定作業として、前記アーム部により前記対象物を把持する、
   請求項１に記載の飛行ロボット。
3. 前記複数の作業マニピュレータは、前記作業本体部を支持可能に構成された脚部であって、
   前記接続部において前記作業本体部と前記飛行本体部とが接続した状態で、前記推進部での推進力による飛行を行わずに、前記所定作業として、前記脚部により歩行面上の歩行制御を実行する、
   請求項１または２に記載の飛行ロボット。
4. 前記飛行本体部は、前記複数の推進ユニットの駆動のための電力を供給するとともに外部からの給電が可能な飛行側二次電池を有し、
   前記作業本体部は、前記一又は複数の作業マニピュレータの駆動のための電力を供給すると作業側電池を有し、
   前記接続部において前記作業本体部と前記飛行本体部とが接続すると、前記作業側電池から前記飛行側二次電池への電力供給が行われる、
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の飛行ロボット。

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