JP7063578B2 - Flight equipment - Google Patents
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Description
本発明は、飛行装置に関する。 The present invention relates to a flight device.
近年、いわゆるドローンと称される飛行装置の普及が進んでいる。このような飛行装置は、予め飛行経路や飛行高度が設定された飛行プログラムに沿って自立的に飛行することができる。飛行装置は、例えば加速度センサや気圧センサなどの内的なセンサを用いて飛行姿勢や飛行高度などの飛行条件を検出している。飛行装置は、検出した飛行条件に基づいて、スラスタの推進力を制御することにより、自立的な飛行を達成している。 In recent years, so-called drones have become widespread. Such a flight device can fly autonomously according to a flight program in which a flight path and a flight altitude are set in advance. The flight device detects flight conditions such as flight attitude and flight altitude by using internal sensors such as an acceleration sensor and a barometric pressure sensor. The flight device achieves self-sustaining flight by controlling the propulsive force of the thruster based on the detected flight conditions.
しかしながら、内的なセンサである気圧センサは、風や気圧などの外的な環境の影響を受けやすい。また、内的なセンサである加速度センサは、高度を検出するにあたり、加速度を2段階で積分する必要がある。そのため、内的なセンサを用いても、正確な飛行高度の検出が困難であるという問題がある。そして、内的なセンサの場合、単なる飛行高度が検出できても、飛行装置の周辺の詳細な地形や障害物の形状を把握することは困難であり、斜面や複雑な段差に沿った移動が困難である。さらに、これらのセンサで検出される飛行高度は、飛行装置の飛行姿勢が考慮されていない。 However, the barometric pressure sensor, which is an internal sensor, is easily affected by the external environment such as wind and barometric pressure. In addition, the acceleration sensor, which is an internal sensor, needs to integrate the acceleration in two steps in order to detect the altitude. Therefore, there is a problem that it is difficult to accurately detect the flight altitude even if an internal sensor is used. And, in the case of an internal sensor, even if it can detect a mere flight altitude, it is difficult to grasp the detailed terrain and the shape of obstacles around the flight device, and it is difficult to move along slopes and complicated steps. Have difficulty. Furthermore, the flight altitude detected by these sensors does not take into account the flight attitude of the flight device.
そこで、本発明の目的は、飛行姿勢にかかわらず正確な飛行高度を検出でき、斜面や複雑な段差に沿った飛行が可能な飛行装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a flight device capable of detecting an accurate flight altitude regardless of the flight attitude and capable of flying along a slope or a complicated step.
請求項1記載の発明では、距離測定部において機体から周囲の物体までの距離を仮対物距離として検出する。距離補正部は、この距離測定部で検出した仮対物距離を、姿勢検出部で検出した機体の姿勢に基づいて補正する。これにより、距離補正部は、物体までの正確な距離である補正対物距離を算出する。飛行制御部は、姿勢検出部で検出した機体の飛行姿勢と、この補正対物距離とを用いて、スラスタを制御する。その結果、飛行制御部は、機体から物体までの仮対物距離ではなく、姿勢によって補正した補正対物距離に基づいて機体の自立的な飛行を制御する。したがって、飛行姿勢にかかわらず正確な飛行高度を検出することができ、斜面や複雑な段差に沿って飛行することができる。
In the invention according to
以下、飛行装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
(第1実施形態)
図2および図3に示す飛行装置10は、機体11、腕部12およびスラスタ13を有している。機体11は、飛行装置10の重心またはその近傍に設けられている。腕部12は、機体11から放射状に延びている。スラスタ13は、この腕部12の先端に設けられている。なお、飛行装置10は、機体11から腕部12が放射状に延びる構成に限らず、円環状の機体11の周方向へ複数のスラスタ13を設ける構成など、任意の構成とすることができる。腕部12やスラスタ13の数は、2つ以上であれば任意に設定することができる。
Hereinafter, a plurality of embodiments of the flight device will be described with reference to the drawings. In the plurality of embodiments, substantially the same constituent parts are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
(First Embodiment)
The
スラスタ13は、いずれもモータ14、プロペラ15およびサーボモータ16を有している。モータ14は、プロペラ15を駆動する駆動源である。モータ14は、例えば機体11に収容されているバッテリ17などを電源として作動する。プロペラ15は、モータ14によって回転駆動される。サーボモータ16は、図示しないピッチ変更機構部を通してプロペラ15のピッチを変更する。プロペラ15は、サーボモータ16によってピッチが変更されることにより、回転を維持したまま推進力の大きさおよび方向が変更される。スラスタ13は、モータ14でプロペラ15が回転駆動されるとともに、サーボモータ16でプロペラ15のピッチが変更されることにより推進力を発生する。飛行装置10は、スラスタ13で発生する推進力によって飛行する。
Each of the
飛行装置10は、制御ユニット20を備えている。制御ユニット20は、機体11に収容されている。制御ユニット20は、図1に示すように制御演算部21を備えており、記憶部22に接続している。また、制御ユニット20は、姿勢検出部23、飛行制御部24、距離測定部25および距離補正部26を備えている。制御演算部21は、図示しないCPU、ROMおよびRAMを有するマイクロコンピュータで構成されている。制御演算部21は、バッテリ17、ならびに各スラスタ13のモータ14およびサーボモータ16に接続している。制御演算部21は、ROMに記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、姿勢検出部23、飛行制御部24、距離測定部25および距離補正部26をソフトウェア的に実現している。なお、これら姿勢検出部23、飛行制御部24、距離測定部25および距離補正部26は、ハードウェア的に実現してもよく、ハードウェアとソフトウェアとの協働によって実現してもよい。記憶部22は、制御演算部21と接続しており、例えば不揮発性のメモリなどを有している。記憶部22は、制御演算部21のROMおよびRAMと共用してもよい。記憶部22は、予め設定された飛行計画をデータとして記憶している。飛行計画は、飛行装置10が飛行する飛行ルートや飛行高度などが含まれている。
The
姿勢検出部23は、機体11の飛行姿勢を検出する。具体的には、姿勢検出部23は、加速度センサ31、角速度センサ32、地磁気センサ33、GPSセンサ34および高度センサ35に接続している。加速度センサ31は、機体11のx軸、y軸およびz軸の3次元の3つの軸方向において機体11に加わる加速度を検出する。角速度センサ32は、3次元の3つの軸方向において機体11に加わる角速度を検出する。地磁気センサ33は、3次元の3つの軸方向における地磁気を検出する。GPSセンサ34は、GPS(Global Positioning System)衛星からGPS信号を受信する。高度センサ35は、気圧を検出する。
The
姿勢検出部23は、加速度センサ31で検出した加速度、角速度センサ32で検出した角速度、および地磁気センサ33で検出した地磁気から機体11の飛行姿勢や飛行速度などを検出する。また、姿勢検出部23は、GPSセンサ34で検出したGPS信号から機体11の飛行位置を検出する。姿勢検出部23は、加速度センサ31、角速度センサ32および地磁気センサ33の出力値と、GPSセンサ34の出力値とを用いて機体11の飛行位置および飛行速度を特定する。また、姿勢検出部23は、加速度センサ31、角速度センサ32および地磁気センサ33の出力値などから、機体11の姿勢、つまりヨー軸、ロール軸およびピッチ軸を中心とした機体11の回転角度もあわせて特定する。さらに、姿勢検出部23は、高度センサ35で検出した気圧に基づいて海抜高度を検出する。このように、姿勢検出部23は、機体11の飛行姿勢を検出するだけでなく、飛行速度、飛行位置および飛行高度を飛行状態として検出する。
The
距離測定部25は、LIDAR(Light Detection And Ranging)36に接続している。距離測定部25は、LIDAR36に加え、カメラ37に接続してもよい。LIDAR36は、図2および図4に示すように機体11の外側に設けられ、機体11の周囲における物体40までの距離を検出する。なお、LIDAR36は、図2に示すように機体11の上方に設ける例に限らず、機体11の側方もしくは下方、または腕部12やスラスタ13など、任意の位置に設けることができる。
The
LIDAR36は、レーザ光を照射する図示しない照射部と、機体11の周囲の物体40で反射したレーザ光を受光する図示しない受光部とを有している。LIDAR36は、図示しない照射部から照射した光を図示しない受光部で受光することにより、光の照射から受光までの時間に基づいて周囲の物体40までの距離を検出する。LIDAR36は、予め設定された設定範囲Aにおいて複数の地点における物体40までの距離を検出する。この場合、LIDAR36は、多点測距型または走査測距型のいずれであってもよい。多点測距型のLIDAR36は、設定範囲Aにおいて物体40までの距離を複数の地点で同時に検出する。走査測距型のLIDAR36は、設定範囲Aにおいて物体40までの距離を所定期間内に一点ずつ検出する。なお、距離測定部25は、LIDAR36に限らず、カメラ37や図示しないソナーに接続してもよい。距離測定部25にカメラ37を接続する場合、カメラ37で撮影した画像を用いて周囲の物体40までの距離が検出される。また、距離測定部25にソナーを接続する場合、ソナーから発した音波の反射を用いて周囲の物体40までの距離が検出される。これらのように、距離測定部25は、光学的な距離の測定に限らず、例えば画像解析あるいは音響的な手法によって機体11の周囲の物体40までの距離を測定することができる。距離測定部25は、検出した物体40までの距離を仮対物距離Dtとして制御演算部21へ出力する。
The
距離補正部26は、距離測定部25で検出した仮対物距離Dtを補正して、物体40までの正確な距離である補正対物距離Dを算出する。機体11は、飛行中において、様々な飛行姿勢となる。すなわち、飛行中の機体11は、必ずしも図4の実線で示すような水平な姿勢を維持しているわけではなく、図4の破線で示すようにヨー軸、ロール軸またはピッチ軸のいずれか1つまたは2つ以上の軸に対して複合的に回転した姿勢となっている。LIDAR36などの物体40までの距離を測定する機器は、一般に機体11に固定されているため、機体11とともに姿勢が変化する。そのため、距離測定部25で検出した物体40までの距離は、機体11の飛行姿勢の影響を受ける。つまり、LIDAR36で検出される距離は、機体11の傾きによって微小な誤差を含む。そこで、距離補正部26は、距離測定部25で検出した距離を仮対物距離Dtとして、これを姿勢検出部23で検出した機体11の飛行姿勢に基づいて補正する。これにより、距離補正部26は、機体11の飛行姿勢を考慮した物体40までの正確な距離を、補正対物距離Dとして算出する。
The
飛行制御部24は、機体11の飛行状態を自動制御モードによって制御する。なお、飛行制御部24は、操作者が操作する図示しない入力装置を用いて機体11の飛行状態を制御する手動制御モードを設定してもよい。自動制御モードは、操作者の操作によらず機体11を自立的に飛行させる飛行モードである。自動制御モードのとき、飛行制御部24は、記憶部22に記憶されている飛行計画に沿って、機体11の飛行を自動的に制御する。すなわち、飛行制御部24は、この自動制御モードのとき、姿勢検出部23で検出した機体11の飛行状態、および距離測定部25で検出した物体40までの仮対物距離Dtを補正した補正対物距離Dに基づいて、スラスタ13の推進力を制御する。これにより、飛行制御部24は、操作者の操作によらず、機体11を飛行計画に沿って自動的に飛行させる。
The
次に、距離補正部26の処理について詳細に説明する。
距離測定部25は、図5に示すように機体11から物体40までの距離を仮対物距離Dtとして検出する。距離測定部25は、検出した仮対物距離Dtを距離補正部26へ制御演算部21を通して出力する。また、姿勢検出部23は、機体11の飛行姿勢を検出する。姿勢検出部23は、検出した飛行姿勢を姿勢情報Iaとして制御演算部21を通して距離補正部26へ出力する。上述のように、距離測定部25は、設定範囲Aにおいて機体11から物体40までの距離を仮対物距離Dtとして検出する。この距離測定部25が測定した仮対物距離Dtは、機体11の傾きなどの飛行姿勢が考慮されていない。そのため、機体11の姿勢によって、機体11から物体40までの距離である仮対物距離Dtは、機体11から物体40までの実際の距離である補正対物距離Dとの間に差が生じる。
Next, the processing of the
As shown in FIG. 5, the
距離補正部26は、図6に示すように距離測定部25から取得した仮対物距離Dtおよび姿勢検出部23から取得した姿勢情報Iaを用いて、仮対物距離Dtを補正した補正対物距離Dを算出する。このとき、距離補正部26は、設定範囲Aにおいて複数の地点で検出した仮対物距離Dtを姿勢情報Iaで補正して、それら複数の地点における補正対物距離Dを算出する。
As shown in FIG. 6, the
また、距離補正部26は、図7に示すように平面方向の設定範囲Aを設定するだけでなく、距離を検出する方向へ検出範囲Bを設定してもよい。すなわち、距離補正部26は、機体11に近い検出最小距離dnと機体11から遠い検出最大距離dfとの間に検出範囲Bを設定してもよい。距離補正部26は、この検出範囲Bにおいて、補正対物距離Dを算出する。機体11の周辺に物体40が存在しない場合、補正対物距離Dが無限大となることがある。このように、過大な補正対物距離Dは、機体11の制御に不要である。また、機体11は、物体40との間に予め設定された所定の距離を維持して飛行する。そのため、原則として、機体11と物体40との距離である補正対物距離Dが所定の距離以下となることはない。そこで、検出範囲Bを設定することにより、無用な補正対物距離Dは、算出の対象から除外される。検出最小距離dnおよび検出最大距離dfは、機体11の飛行条件などに応じて任意に設定することができる。この場合、検出最小距離dnは、機体11と物体40との間に確保される所定の距離に相当する。
Further, the
距離補正部26は、上述のように補正対物距離Dを算出するとともに、図6に示すように平均距離D1、最大距離D2および最小距離D3をそれぞれ設定する。すなわち、距離補正部26は、設定範囲Aの複数の地点における補正対物距離Dを用いて、平均距離D1、最大距離D2および最小距離D3を設定する。平均距離D1は、設定範囲Aの複数の地点における補正対物距離Dの平均値である。最大距離D2は、設定範囲Aの複数の地点における補正対物距離Dのうち、補正対物距離Dが最大となる距離である。また、最小距離D3は、設定範囲Aの複数の地点における補正対物距離Dのうち、補正対物距離Dが最小となる距離である。このように、距離補正部26は、設定範囲Aで検出した複数の地点における補正対物距離Dから、平均距離D1、最大距離D2および最小距離D3を設定する。そして、距離補正部26は、設定した平均距離D1、最大距離D2および最小距離D3を飛行制御部24へ出力する。飛行制御部24は、距離補正部26から取得した平均距離D1、最大距離D2および最小距離D3に基づいてスラスタ13を制御し、スラスタ13が発生する推進力および機体11の飛行を制御する。
The
飛行制御部24は、上記のように設定した平均距離D1、最大距離D2および最小距離D3のうち制御に最適な設定値を適宜選択しつつスラスタ13を制御する。この場合、飛行制御部24は、平均距離D1、最大距離D2または最小距離D3のいずれかのみを用いてスラスタ13を制御するとは限らない。すなわち、飛行制御部24は、予め設定された飛行計画に基づいて、飛行の制御に適した距離を、平均距離D1、最大距離D2または最小距離D3のいずれかから逐次選択する。以下、平均距離D1を用いる制御、最大距離D2を用いる制御、および最小距離D3を用いる制御を説明する。
The
(平均距離D1による制御)
図8に示すように物体40の一例である建物や橋梁などの構造物41は、機体11と正対する面が平坦であるとは限らない。すなわち、構造物41は、それ自身の形状や、照明をはじめとする各種機器などの付帯物42が取り付けられ、複雑な形状を有している場合がある。このような複雑な形状を有する構造物41に沿って機体11が飛行する場合、飛行制御部24は平均距離D1を用いて機体11の飛行を制御する。
(Control by average distance D1)
As shown in FIG. 8, the
平均距離D1を用いない場合、機体11は、構造物41の複雑な形状に反応して高度を変化することになる。すなわち、飛行制御部24が付帯物42を含む構造物41までの距離に対応して単純な制御を行なう場合、構造物41に沿って飛行する機体11は構造物41の複雑な形状に対応して飛行高度が細かく変化する粗い飛行となる。
If the average distance D1 is not used, the
これに対し、本実施形態のように飛行制御部24が平均距離D1を基準に機体11を制御することにより、機体11は付帯物42を含む構造物41の複雑な形状に反応することなく飛行する。そのため、機体11の細かな高度の変化を招くことがなく、なめらかで安定した飛行が維持される。
On the other hand, as in the present embodiment, the
(最大距離D2による制御)
図9に示すように物体40の一例である建物や橋梁などの構造物41は、機体11と正対する面が平坦であるとは限らない。すなわち、構造物41は、局所的な突起部43を有している場合がある。このような突起部43を有する構造物41に沿って機体11が飛行する場合、飛行制御部24は最大距離D2を用いて機体11の飛行を制御する。
(Control by maximum distance D2)
As shown in FIG. 9, the
最大距離D2を用いない場合、機体11は構造物41の突起部43に反応して高度を変化する。すなわち、飛行制御部24が構造物41までの距離に対応して単純な制御を行なう場合、構造物41に沿って飛行する機体11は突起部43に対応する位置で大きく高度を変化させることになる。
When the maximum distance D2 is not used, the
これに対し、本実施形態のように飛行制御部24が最大距離D2を基準に機体11を制御することにより、機体11は構造物41の局所的な突起部43に反応することなく飛行する。そのため、機体11の大きな高度の変化を招くことがなく、安定した飛行が維持される。
On the other hand, as in the present embodiment, the
(最小距離D3による制御)
図10に示すように物体40の一例である建物や橋梁などの構造物41は、機体11と正対する面が平坦であるとは限らない。すなわち、構造物41は、壁部44などの端部において不連続となり、最大距離D2と最小距離D3とに大きな隔たりが生じる場合がある。このような構造物41に沿って機体11が飛行する場合、飛行制御部24は最小距離D3を用いて機体11の飛行を制御する。
(Control by minimum distance D3)
As shown in FIG. 10, the
最小距離D3を用いない場合、構造物41に接近しすぎる場合がある。すなわち、飛行制御部24が構造物41までの距離に対応して単純な制御を行なう場合、構造物41に沿って飛行する機体11は場所によって構造物41に接近しすぎることになる。
これに対し、本実施形態のように飛行制御部が最小距離D3を基準に機体11を制御することにより、機体11は、最小距離D3を維持し、構造物41に接近しすぎることなく飛行する。そのため、機体11と構造物41との干渉が回避され、安定した飛行が維持される。
If the minimum distance D3 is not used, the
On the other hand, as in the present embodiment, the flight control unit controls the
また、飛行制御部24は、最小距離D3が予め設定された接近値Nよりも小さくなると、最小距離D3を用いて機体11を制御する構成としてもよい。これにより、機体11と物体40とは、接近値Nを下限として、さらなる接近が回避される。
Further, the
(検出最大距離df)
ところで、検出最大距離dfは、固定値に限らず、変動値としてもよい。すなわち、飛行制御部24は、設定された複数の補正対物距離Dのうち最小距離D3から距離が設定距離dt以上となる過大距離を、補正対物距離Dから除外する。この場合、検出最大距離dfは、最小距離D3からの距離が設定距離dtとなる位置に相当する。設定距離dtは、機体11やLIDAR36の性能などに応じて任意に設定することができる。これにより、設定範囲Aに物体40が存在しない場合や、物体40が存在しても機体11からの距離が大きいとき、この過大な距離は制御の基礎とするデータの対象から除外される。
(Maximum detection distance df)
By the way, the maximum detection distance df is not limited to a fixed value, but may be a variable value. That is, the
以上説明した第1実施形態では、距離測定部25は、機体11から周囲の物体40までの距離を仮対物距離Dtとして検出する。距離補正部26は、この距離測定部25で検出した仮対物距離Dtを、姿勢検出部23で検出した機体11の姿勢、つまり姿勢情報Iaに基づいて補正する。これにより、距離補正部26は、物体40までの正確な距離である補正対物距離Dを算出する。飛行制御部24は、姿勢検出部23で検出した機体11の飛行姿勢と、この補正対物距離Dとを用いて、スラスタ13を制御する。その結果、飛行制御部24は、機体11から物体40までの仮対物距離Dtではなく、姿勢によって補正した補正対物距離Dに基づいて機体11の自立的な飛行を制御する。したがって、飛行姿勢にかかわらず正確な飛行高度を検出することができ、斜面や複雑な段差に沿って飛行することができる。
In the first embodiment described above, the
また、第1実施形態では、距離補正部26は、算出した補正対物距離Dから、平均距離D1、最大距離D2および最小距離D3を設定する。そして、飛行制御部24は、設定した平均距離D1、最大距離D2および最小距離D3のうち1つ以上を用いて機体11の飛行を制御する。これにより、飛行制御部24は、対象となる構造物41の形状、または付帯物42や突起部43などの影響を受けることなく、機体11と物体40との間の距離を確保する。したがって、飛行高度の細かな変化や大きな変化を招くことなく機体11の飛行を制御するこができ、安定した飛行を維持することができる。
Further, in the first embodiment, the
第1実施形態では、飛行制御部24は、最小距離D3が接近値Nよりも小さくなると、最小距離D3に基づいてスラスタ13を制御する。これにより、機体11は、接近値Nより接近することがない。したがって、機体11と物体40との過剰な接近が回避され、機体11の安全かつ安定した飛行を維持することができる。
In the first embodiment, the
第1実施形態では、機体11からの距離が過大となる補正対物距離Dを除外している。機体11から過剰に遠い位置にある物体40は、飛行の制御に不要なだけでなく、物体40を追尾する機体11の飛行の妨げとなるおそれがある。すなわち、機体11から遠い物体40も含めた距離を用いると、本来追尾すべきである機体11に近い物体40を見失うおそれがある。そこで、機体11からの距離が過大となる補正対物距離Dは機体11の制御から除外される。したがって、機体11は物体40に追従しつつ安定した飛行することができる。
In the first embodiment, the corrected objective distance D in which the distance from the
(第2実施形態)
第2実施形態による飛行装置の制御について説明する。
第2実施形態の飛行装置10の物理的な構成は、第1実施形態と共通である。第2実施形態の飛行装置10は、制御の詳細が第1実施形態と異なる。
図11に基づいて第2実施形態による飛行制御部24の制御の流れを説明する。
飛行制御部24は、最大距離D2または最小距離D3で機体11の飛行を制御しているとき、以下の処理を実行する。飛行制御部24は、例えば数ミリ秒ごとのように定期的に物体40までの補正対物距離Dを算出する(S101)。そして、飛行制御部24は、算出した補正対物距離Dから、平均距離D1、最大距離D2および最小距離D3を設定する(S102)。これら補正対物距離Dの算出、ならびに平均距離D1、最大距離D2および最小距離D3の設定は、第1実施形態と共通である。飛行制御部24は、S102において設定した平均距離D1と最大距離D2との差を、差分X1として算出する(S103)。差分X1は、例えば平均距離D1と最大距離D2との差の絶対値として算出される。同様に、飛行制御部24は、S102において設定した平均距離D1と最小距離D3との差を、差分X2として算出する(S104)。差分X2は、例えば平均距離D1と最小距離D3との差の絶対値として算出される。
(Second Embodiment)
The control of the flight apparatus according to the second embodiment will be described.
The physical configuration of the
The flow of control of the
The
飛行制御部24は、S103で算出した差分X1が設定値A1より大きいか否かを判断する(S105)。設定値A1は、機体11の性能、飛行計画の条件、あるいは物体40の形状などに応じて予め任意の値として設定されている。飛行制御部24は、S105において差分X1が設定値A1以下であると判断したとき(S105:No)、S104で算出した差分X2が設定値A2より大きいか否かを判断する(S106)。設定値A2は、設定値A1と同様に、機体11の性能、飛行計画の条件、あるいは物体40の形状などに応じて予め任意の値として設定されている。この場合、設定値A1と設定値A2とは、同一の値であってもよく、異なる値としてもよい。
The
飛行制御部24は、S106において差分X2が設定値A2以下であると判断したとき(S106:No)、S102で算出した平均距離D1、最大距離D2または最小距離D3のいずれかを用いて機体11の制御を行なう(S107)。すなわち、S106において差分X2が設定値A2以下であると判断されたとき、差分X1は設定値A1以下であって、差分X2は設定値A2以下である。つまり、最大距離D2および最小距離D3は、いずれも平均距離D1と大きな乖離が生じていない。このように最大距離D2および最小距離D3と平均距離D1との間に大きな乖離が生じていないとき、飛行制御部24はS102で算出した平均距離D1、最大距離D2または最小距離D3のいずれかを用いて、飛行計画に沿った機体11の制御を行なう。
When the
これに対し、飛行制御部24は、S105において差分X1が設定値A1より大きいと判断したとき(S105:Yes)、またはS106において差分X2が設定値A2より大きいと判断したとき(S106:Yes)、S102で設定した平均距離D1を用いて機体11の制御を行なう(S108)。すなわち、S105において差分X1が設定値A1より大きいと判断されたとき、またはS106において差分X2が設定値A2より大きいと判断されたとき、最大距離D2または最小距離D3は、平均距離D1との間に乖離が生じている。
On the other hand, when the
例えば図12に示すように構造物41の境界などのように物体40に大きな段差45が生じているとき、機体11の移動にともなって、機体11から遠い測定点、または機体11に近い測定点が徐々に減少する。このような場合、機体11を最大距離D2または最小距離D3を用いて制御すると、この段差45において大きな高度の変化を招くことになる。そこで、最大距離D2または最小距離D3と平均距離D1との乖離が大きくなると、飛行制御部24は平均距離D1を用いて機体11を制御する。これにより、構造物41の段差45に到達する前に、機体11は徐々に高度を変化させ、段差45における大きな高度の変化が回避される。
For example, as shown in FIG. 12, when a
飛行制御部24は、S108において平均距離D1に切り替えて制御する場合、設定時間Tの間に経時的に切り替えてもよい。すなわち、飛行制御部24は、最大距離D2に基づいて機体11を制御している状態から平均距離D1に基づいて機体11を制御する状態へ切り替えるとき、図13に示すように設定時間Tの間に機体11と物体40との間に確保すべき距離を徐々に変化させる。同様に、飛行制御部24は、最小距離D3に基づく機体11の制御から平均距離D1に基づく機体11の制御へ切り替えるときも、設定時間Tの間に確保すべき距離を徐々に変化させる。
When the
第2実施形態では、平均距離D1と最大距離D2との差分X1が設定値A1より大きくなったとき、または平均距離D1と最小距離D3との差分X2が設定値A2より大きくなったとき、飛行制御部24は平均距離D1を用いて機体11の飛行を制御する。そのため、構造物41の境界などのように物体40に大きな段差45が生じているとき、機体11は段差45に到達する前に少しずつ高度が変化する。したがって、機体11の大きな高度の変化が回避され、安定した飛行を維持することができる。
In the second embodiment, the flight occurs when the difference X1 between the average distance D1 and the maximum distance D2 becomes larger than the set value A1, or when the difference X2 between the average distance D1 and the minimum distance D3 becomes larger than the set value A2. The
また、第2実施形態では、飛行制御部24は、機体11の制御を最大距離D2または最小距離D3から平均距離D1に切り替えるとき、設定時間Tの間に経時的に徐々に切り替える。これにより、機体11は、制御に用いる対象となる物体40までの距離が最大距離D2または最小距離D3から平均距離D1へ変化するとき、急激な変化つまり飛行高度の急激な変化がより低減される。したがって、機体11の大きな高度の変化がより回避され、安定した飛行を維持することができる。
Further, in the second embodiment, when the control of the
(第3実施形態)
第3実施形態による飛行装置の制御について説明する。
第3実施形態の飛行装置10の物理的な構成は、第1実施形態と共通である。第3実施形態の飛行装置10は、制御の詳細が第1実施形態と異なる。
図14に基づいて第3実施形態による飛行制御部24の制御の流れを説明する。
飛行制御部24は、最大距離D2または最小距離D3で機体11の飛行を制御しているとき、以下の処理を実行する。飛行制御部24は、例えば数ミリ秒ごとのように定期的に物体40までの補正対物距離Dを算出する(S201)。そして、飛行制御部24は、算出した補正対物距離Dから、平均距離D1、最大距離D2および最小距離D3を設定する(S202)。これら補正対物距離Dの算出、ならびに平均距離D1、最大距離D2および最小距離D3の設定は、第1実施形態と共通である。飛行制御部24は、設定した最大距離D2または最小距離D3に基づいて機体11を制御する(S203)。
(Third Embodiment)
The control of the flight apparatus according to the third embodiment will be described.
The physical configuration of the
The flow of control of the
The
飛行制御部24は、S203で設定した最大距離D2を用いて機体11を制御しているとき、この最大距離D2を検出した検出地点P1が設定範囲Aの外縁にあるか否かを判断する(S204)。飛行制御部24は、設定範囲Aに設定された複数の地点において機体11から物体40までの距離を検出している。そこで、飛行制御部24は、S203で設定した最大距離D2について、この最大距離D2を検出した検出地点P1が設定範囲Aの外縁にあるか否かを判断する。
When the
図15に示すように機体11が構造物41の平坦な面に沿って飛行しているとき、複数の地点について算出される補正対物距離Dは、ほぼ同一となる。すなわち、機体11が構造物41の平坦な面に沿って飛行しているとき、平均距離D1、最大距離D2および最小距離D3は、いずれもほぼ同一の値となる。これに対して、第2実施形態で説明した図12に示すように構造物41の段差45や構造物41が途切れる境界部分に機体11が到達すると、複数の地点のうちいずれかの地点では補正対物距離Dが算出できない。つまり、補正対物距離Dは、設定範囲Aに含まれる複数の地点のうち外縁に位置する地点で算出される。逆に言えば、設定範囲Aに含まれる複数の地点のうち、最大距離D2または最小距離D3が算出される地点が設定範囲Aの外縁にあるとき、機体11は構造物41の境界部分にあることを意味している。そこで、飛行制御部24は、最大距離D2または最小距離D3となった検出地点P1が設定範囲Aの外縁にあるか否かを判断する。
As shown in FIG. 15, when the
飛行制御部24は、検出地点P1が設定範囲Aの外縁にあると判断すると(S204:Yes)、S202で設定した平均距離D1を用いて機体11の制御を行なう(S205)。すなわち、検出地点P1が設定範囲Aの外縁にあると判断されたとき、機体11は構造物41の境界部分を飛行している。この場合、最大距離D2または最小距離D3を用いて機体11の飛行を制御すると、機体11が境界部分を通過した直後に、機体11から構造物41までの大きな距離の変化が生じる。そのため、機体11の飛行高度は、大きく変化することになる。これに対し、本実施形態のように、平均距離D1を用いて機体11の飛行を制御することにより、機体11が境界部分を通過する際に、機体11と構造物41との間の距離は徐々に変化する平均距離D1によって制御される。その結果、機体11が境界部分を通過した直後に、機体11の飛行高度が大きく変化することはない。
When the
一方、飛行制御部24は、検出地点P1が設定範囲Aの外縁にないと判断すると(S204:No)、S201へリターンし、S202で設定した最大距離D2または最小距離D3を用いて機体11の制御を行なう。すなわち、飛行制御部24は、機体11から構造物41までの最大距離D2または最小距離D3を維持した飛行を継続する。
On the other hand, when the
第3実施形態では、飛行制御部24は、飛行に用いる最大距離D2または最小距離D3を検出する検出地点P1が設定範囲Aの外縁にあるか否かを判断する。そして、飛行制御部24は、検出地点P1が設定範囲Aの外縁にあると判断したとき、最大距離D2または最小距離D3を用いた機体11の制御を、平均距離D1を用いた機体11の制御に変更する。これにより、段差45など構造物41に不連続な境界部があるとき、機体11と構造物41との間の距離、すなわち機体11の飛行高度は、構造物41の段差45などの境界部に到達する前に少しずつ変化する。したがって、機体11の大きな高度の変化が回避され、安定した飛行を維持することができる。
In the third embodiment, the
(第4実施形態)
第4実施形態による飛行装置の制御について説明する。
図16に示すように第4実施形態による飛行装置10は、切替部50を備えている。切替部50は、飛行制御部24で用いる物体40までの距離として、平均距離D1、最大距離D2、または最小距離D3のいずれにするかを切り替える。
上記の第1実施形態から第3実施形態の場合、飛行制御部24は、記憶部22に記憶されている飛行計画にしたがって機体11の飛行を制御する。このように機体11の飛行を飛行制御部24で自動的に制御する場合、飛行制御部24は予め設定されている飛行計画に基づいて、設定された平均距離D1、最大距離D2または最小距離D3のいずれを用いるかを決定する。すなわち、飛行制御部24は、設定された平均距離D1、最大距離D2または最小距離D3のうち、機体11の制御の対象となる物体40までの距離としていずれを採用するかを、飛行計画に応じて自動的に切り替えている。
(Fourth Embodiment)
The control of the flight apparatus according to the fourth embodiment will be described.
As shown in FIG. 16, the
In the case of the first to third embodiments described above, the
一方、第4実施形態では、切替部50を備えている。切替部50は、飛行制御部24が機体11の制御に用いる距離を、平均距離D1、最大距離D2または最小距離D3のいずれかに強制的に変更する。すなわち、飛行制御部24が飛行計画に沿って平均距離D1、最大距離D2または最小距離D3のいずれかを用いて機体11を制御しているとき、切替部50を操作することにより、飛行制御部24が採用する距離は他の値に変更される。
On the other hand, in the fourth embodiment, the switching unit 50 is provided. The switching unit 50 forcibly changes the distance used by the
例えば緊急時や厳しい気象現象下などのように飛行計画に沿った飛行が好ましくないとき、切替部50を操作することにより、飛行制御部24は切替部50による選択に応じた距離を採用して機体11を制御する。これにより、機体11の安全性や安定性が向上する。切替部50は、例えば機体11や図示しない遠隔操作装置に設けられた機械的なスイッチで構成される。他にも、切替部50は、ソフトウェア的な制御など、飛行制御部24が採用する距離を変更可能であれば任意の構成とすることできる。
For example, when it is not preferable to fly according to the flight plan such as in an emergency or under severe weather phenomenon, by operating the switching unit 50, the
第4実施形態では、切替部50を備えている。これにより、予め設定された飛行計画にかかわらず、飛行制御部24による機体11の制御に用いられる距離は、平均距離D1、最大距離D2または最小距離D3のうち任意のものに切り替えられる。したがって、機体11の安全性や安定性をより高めることができる。
In the fourth embodiment, the switching unit 50 is provided. As a result, the distance used for controlling the
(その他の実施形態)
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
以上説明した複数の実施形態では、機体11は、上方にある物体40との距離を維持する場合について説明した。しかし、飛行制御部24は、図17に示すように機体11の側方にある物体40との距離を維持する場合についても上記の実施形態と同様に制御してもよい。また、当然ながら、飛行制御部24は、機体11の下方にある物体40または地面との距離を維持する場合についても上記と同様に制御してもよい。
(Other embodiments)
The present invention described above is not limited to the above embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.
In the plurality of embodiments described above, the case where the
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。 The present disclosure has been described in accordance with the examples, but it is understood that the present disclosure is not limited to the examples and structures. The present disclosure also includes various variations and variations within a uniform range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms that include only one element, more, or less, are within the scope and scope of the present disclosure.
図面中、10は飛行装置、11は機体、13はスラスタ、23は姿勢検出部、24は飛行制御部、25は距離測定部、26は距離補正部、40は物体、50は切替部を示す。 In the drawing, 10 is a flight device, 11 is an airframe, 13 is a thruster, 23 is an attitude detection unit, 24 is a flight control unit, 25 is a distance measurement unit, 26 is a distance correction unit, 40 is an object, and 50 is a switching unit. ..
Claims (6)
前記機体(11)の飛行姿勢を検出する姿勢検出部(23)と、
予め設定された設定範囲内において、複数の地点における前記機体(11)から周囲の物体(40)までの距離を仮対物距離として検出する距離測定部(25)と、
前記距離測定部(25)で検出した前記仮対物距離を、前記姿勢検出部(23)で検出した前記機体(11)の姿勢に基づいて補正して、前記物体(40)までの距離である補正対物距離を算出する距離補正部(26)と、
前記姿勢検出部(23)で検出した飛行姿勢、および前記距離補正部(26)で算出した前記補正対物距離に基づいて前記スラスタ(13)を制御する飛行制御部(24)と、
を備え、
前記距離補正部(26)は、前記機体(11)から前記物体(40)までの複数の地点で前記補正対物距離を算出するとともに、前記補正対物距離が最大となる最大距離、前記補正対物距離が最小となる最小距離、および複数の地点における前記補正対物距離の平均値である平均距離を設定し、
前記飛行制御部(24)は、前記最大距離点、前記最小距離点または前記平均距離のいずれか1つ以上を用いて前記スラスタ(13)を制御し、
前記飛行制御部(24)は、前記最大距離と前記平均距離との差、または前記最小距離と前記平均値との差が予め設定した設定値より大きくなると、前記平均距離に基づいて前記スラスタ(13)を制御する飛行装置。 An airframe (11) having a thruster (13) that generates propulsive force,
The attitude detection unit (23) that detects the flight attitude of the aircraft (11), and
A distance measuring unit (25) that detects the distance from the aircraft (11) to the surrounding object (40) at a plurality of points within a preset setting range as a temporary objective distance, and
The temporary objective distance detected by the distance measuring unit (25) is corrected based on the attitude of the aircraft (11) detected by the attitude detecting unit (23), and is the distance to the object (40). A distance correction unit (26) that calculates the correction objective distance, and
A flight control unit (24) that controls the thruster (13) based on the flight attitude detected by the attitude detection unit (23) and the corrected objective distance calculated by the distance correction unit (26).
Equipped with
The distance correction unit (26) calculates the correction objective distance at a plurality of points from the aircraft (11) to the object (40), and at the same time, the maximum distance at which the correction objective distance becomes maximum, the correction objective distance. Set the minimum distance at which is the minimum, and the average distance, which is the average value of the corrected objective distances at a plurality of points.
The flight control unit (24) controls the thruster (13) using any one or more of the maximum distance point, the minimum distance point, and the average distance.
When the difference between the maximum distance and the average distance, or the difference between the minimum distance and the average value becomes larger than a preset value, the flight control unit (24) has the thruster (24) based on the average distance. A flight device that controls 13) .
前記機体(11)の飛行姿勢を検出する姿勢検出部(23)と、The attitude detection unit (23) that detects the flight attitude of the aircraft (11), and
予め設定された設定範囲内において、複数の地点における前記機体(11)から周囲の物体(40)までの距離を仮対物距離として検出する距離測定部(25)と、A distance measuring unit (25) that detects the distance from the aircraft (11) to the surrounding object (40) at a plurality of points within a preset setting range as a temporary objective distance, and
前記距離測定部(25)で検出した前記仮対物距離を、前記姿勢検出部(23)で検出した前記機体(11)の姿勢に基づいて補正して、前記物体(40)までの距離である補正対物距離を算出する距離補正部(26)と、The temporary objective distance detected by the distance measuring unit (25) is corrected based on the attitude of the aircraft (11) detected by the attitude detecting unit (23), and is the distance to the object (40). A distance correction unit (26) that calculates the correction objective distance, and
前記姿勢検出部(23)で検出した飛行姿勢、および前記距離補正部(26)で算出した前記補正対物距離に基づいて前記スラスタ(13)を制御する飛行制御部(24)と、A flight control unit (24) that controls the thruster (13) based on the flight attitude detected by the attitude detection unit (23) and the corrected objective distance calculated by the distance correction unit (26).
を備え、Equipped with
前記距離補正部(26)は、前記機体(11)から前記物体(40)までの複数の地点で前記補正対物距離を算出するとともに、前記補正対物距離が最大となる最大距離、前記補正対物距離が最小となる最小距離、および複数の地点における前記補正対物距離の平均値である平均距離を設定し、The distance correction unit (26) calculates the correction objective distance at a plurality of points from the aircraft (11) to the object (40), and at the same time, the maximum distance at which the correction objective distance becomes maximum, the correction objective distance. Set the minimum distance at which is the minimum, and the average distance, which is the average value of the corrected objective distances at a plurality of points.
前記飛行制御部(24)は、前記最大距離点、前記最小距離点または前記平均距離のいずれか1つ以上を用いて前記スラスタ(13)を制御し、The flight control unit (24) controls the thruster (13) using any one or more of the maximum distance point, the minimum distance point, and the average distance.
前記飛行制御部(24)は、設定した前記最大距離または前記最小距離が前記設定範囲の外縁にあるとき、前記平均距離に基づいて前記スラスタ(13)を制御する飛行装置。The flight control unit (24) is a flight device that controls the thruster (13) based on the average distance when the set maximum distance or the minimum distance is on the outer edge of the set range.
前記機体(11)の飛行姿勢を検出する姿勢検出部(23)と、The attitude detection unit (23) that detects the flight attitude of the aircraft (11), and
予め設定された設定範囲内において、複数の地点における前記機体(11)から周囲の物体(40)までの距離を仮対物距離として検出する距離測定部(25)と、A distance measuring unit (25) that detects the distance from the aircraft (11) to the surrounding object (40) at a plurality of points within a preset setting range as a temporary objective distance, and
前記距離測定部(25)で検出した前記仮対物距離を、前記姿勢検出部(23)で検出した前記機体(11)の姿勢に基づいて補正して、前記物体(40)までの距離である補正対物距離を算出する距離補正部(26)と、The temporary objective distance detected by the distance measuring unit (25) is corrected based on the attitude of the aircraft (11) detected by the attitude detecting unit (23), and is the distance to the object (40). A distance correction unit (26) that calculates the correction objective distance, and
前記姿勢検出部(23)で検出した飛行姿勢、および前記距離補正部(26)で算出した前記補正対物距離に基づいて前記スラスタ(13)を制御する飛行制御部(24)と、A flight control unit (24) that controls the thruster (13) based on the flight attitude detected by the attitude detection unit (23) and the corrected objective distance calculated by the distance correction unit (26).
を備え、Equipped with
前記距離補正部(26)は、前記機体(11)から前記物体(40)までの複数の地点で前記補正対物距離を算出するとともに、前記補正対物距離が最大となる最大距離、前記補正対物距離が最小となる最小距離、および複数の地点における前記補正対物距離の平均値である平均距離を設定し、The distance correction unit (26) calculates the correction objective distance at a plurality of points from the aircraft (11) to the object (40), and at the same time, the maximum distance at which the correction objective distance becomes maximum, the correction objective distance. Set the minimum distance at which is the minimum, and the average distance, which is the average value of the corrected objective distances at a plurality of points.
前記飛行制御部(24)は、前記最大距離点、前記最小距離点または前記平均距離のいずれか1つ以上を用いて前記スラスタ(13)を制御し、The flight control unit (24) controls the thruster (13) using any one or more of the maximum distance point, the minimum distance point, and the average distance.
前記飛行制御部(24)で用いる前記物体までの距離として、前記最大距離、前記最小距離または前記平均距離のいずれにするかを切り替える切替部(50)をさらに備える飛行装置。A flight device further comprising a switching unit (50) for switching whether the maximum distance, the minimum distance, or the average distance is set as the distance to the object used by the flight control unit (24).
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