JP2005145090A - Autonomous movable body, unmanned airship, and method of guiding autonomous movable body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自律移動体、無人飛行船及び自律移動体の誘導方法に関し、特に、対地定点を中心とした所定の有限空域内で滞空する自律移動体及び無人飛行船と、所定の流体内を移動する各種自律移動体の移動領域を有限領域内に制限する自律移動体の誘導方法と、に関する。 The present invention relates to an autonomous mobile body, an unmanned airship, and a method for guiding an autonomous mobile body, and in particular, moves within a predetermined fluid and an autonomous mobile body and an unmanned airship that are stagnant within a predetermined finite airspace centered on a ground fixed point. The present invention relates to a method for guiding an autonomous mobile body that limits the movement area of various autonomous mobile bodies to a finite area.
従来より、ヘリウム等の浮揚ガスの浮力を利用して浮揚し、推進装置や操縦装置によって自在に飛行する飛行船が提案され、実用化されている。特に現在においては、情報中継、監視、気象観測等を目的として、高度約15km以上の成層圏で飛行可能な無人飛行船の開発が進められている(例えば、特許文献1参照。)。近年においては、このような無人飛行船を対地的にほぼ静止させる目的で、所定の対地定点を中心とした有限空域内で滞空飛行させる技術が模索されている。
しかし、所定の対地定点を中心とした有限空域内で無人飛行船を滞空飛行させる「対地静止飛行」を実現させるためには、以下のような問題がある。 However, there are the following problems in order to realize “geographically stationary flight” in which an unmanned airship flies over the air in a finite airspace centered on a predetermined ground fixed point.
まず、無人飛行船は、船体に作用する浮力のみならず揚力を使用して自重を支持しているため、所定の対気速度を確保しながら飛行する必要があるが、無風時ないし弱風時においては、この対気速度が零ないし小さい値となるため、飛行に必要な揚力が確保できなくなるという問題がある。この結果、「対地静止飛行」が不可能となってしまう。 First, since an unmanned airship supports its own weight using lift as well as buoyancy acting on the hull, it is necessary to fly while ensuring a predetermined airspeed. However, since this airspeed is zero or small, there is a problem that it is impossible to secure the lift necessary for flight. As a result, “geostatic flight” becomes impossible.
一方、強風時においては、無人飛行船を風に正対させて飛行させることにより理論的には「対地静止飛行」が可能となるが、無人飛行船は、浮力を得るための巨大な船体を有するため、動きがきわめて鈍重であるとともに、風に流され易いという特性を有している。従って、風向が変動すると、この風向変動に対処するだけの速やかな動きができず、「対地静止飛行」の維持が困難となる。そして、強風時において一度有限空域から外れた船体を再び有限空域に戻すためには、きわめて大きな旋回半径を要するという問題がある。 On the other hand, in strong winds, it is theoretically possible to “fly to the ground” by flying an unmanned airship in front of the wind. However, an unmanned airship has a huge hull to obtain buoyancy. , The movement is extremely slow and it is easy to be swept away by the wind. Therefore, when the wind direction fluctuates, it is impossible to move quickly enough to cope with the fluctuation of the wind direction, and it becomes difficult to maintain “geographically stationary flight”. In order to return the hull once deviated from the finite airspace to the finite airspace again in a strong wind, there is a problem that a very large turning radius is required.
また、近年の制御技術の進展により、無人飛行船以外の自律移動体が種々提案されているが、所定の流体内を移動するこのような各種自律移動体の移動領域を、流体の速度や方向に関わらず、対地定点を中心とした所定の有限領域に制限するための誘導技術の開発が待望されている。 In addition, various autonomous moving bodies other than unmanned airships have been proposed due to recent advances in control technology, but the movement area of such various autonomous moving bodies that move within a predetermined fluid can be set according to the speed and direction of the fluid. Regardless, there is a need for the development of a guidance technique for limiting to a predetermined finite area centered on the ground fixed point.
本発明の課題は、無風時(弱風時)及び強風時の双方において、所定の対地定点を中心とした有限空域内における滞空飛行を自動的に実現させることができる自律移動体及び無人飛行船を提供することである。 An object of the present invention is to provide an autonomous mobile body and an unmanned airship capable of automatically realizing a stray flight in a finite airspace centered on a predetermined ground fixed point in both no wind (light wind) and strong wind. Is to provide.
また、本発明の課題は、所定の流体内を移動する各種自律移動体の移動領域を、流体の速度や方向に関わらず、所定の対地定点を中心とした有限領域内に制限することができる自律移動体の誘導方法を提供することである。 In addition, an object of the present invention is to limit the movement area of various autonomous moving bodies that move in a predetermined fluid to a finite area centered on a predetermined ground fixed point regardless of the speed and direction of the fluid. It is to provide a method for guiding an autonomous mobile body.
以上の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、所定の操縦装置を備える自律移動体であって、前記自律移動体の周囲の風速及び風向を推定する風速風向推定部と、前記風速風向推定部で推定された風速に応じて前記操縦装置を制御するための誘導指令を生成する誘導部と、を備え、前記誘導部は、前記風速風向推定部で推定された風速が所定の閾値以下の場合に、所定の対地定点を中心として前記自律移動体を旋回飛行させるような誘導指令を生成する旋回誘導手段と、前記風速風向推定部で推定された風速が所定の閾値を超えた場合に、前記風速風向推定部で推定された風向に平行でかつ前記対地定点を通る第1仮想直線と、この第1仮想直線に直交しかつ前記対地定点を通る第2仮想直線と、前記第2仮想直線上に前記対地定点を挟んで略対称の位置に配置される2つの仮想目標点と、を設定する目標設定手段と、前記第1仮想直線を隔てて前記自律移動体と反対側に位置する前記仮想目標点に向けて前記自律移動体を移動させるための誘導指令を生成する目標誘導手段と、を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention according to
請求項1に記載の発明によれば、誘導部は、推定された風速が所定の閾値以下の場合(例えば無風時ないし弱風時)に、所定の対地定点を中心として船体を旋回飛行させるような誘導指令を生成する旋回誘導手段を有している。従って、自律移動体は、無風時ないし弱風時において、対地定点を中心とした旋回飛行を行うことができるので、所定の対気速度を確保して飛行に必要な揚力を発生させることができ、なおかつ、対地定点を中心とした有限空域内で滞空飛行を行うことができる。 According to the first aspect of the present invention, when the estimated wind speed is equal to or less than a predetermined threshold value (for example, when there is no wind or light wind), the guide unit turns the hull around a predetermined ground fixed point. A turning guidance means for generating a simple guidance command. Therefore, since the autonomous mobile body can perform a turning flight centering on the ground fixed point when there is no wind or light wind, it can generate a lift necessary for the flight while ensuring a predetermined airspeed. In addition, it is possible to fly in the finite airspace centered on the ground fixed point.
また、請求項1に記載の発明によれば、誘導部は、推定された風速が所定の閾値を超えた場合(例えば強風時)に、推定された風向に平行でかつ対地定点を通る第1仮想直線と、この第1仮想直線に直交しかつ対地定点を通る第2仮想直線と、第2仮想直線上に対地定点を挟んで略対称の位置に配置される2つの仮想目標点と、を設定する目標設定手段を有している。そして、第1仮想直線を隔てて自律移動体と反対側に位置する仮想目標点に向けて自律移動体を移動させるための誘導指令を生成する目標誘導手段を有している。 According to the first aspect of the present invention, when the estimated wind speed exceeds a predetermined threshold (for example, during strong winds), the guiding unit is parallel to the estimated wind direction and passes through the ground fixed point. A virtual straight line, a second virtual straight line that is orthogonal to the first virtual straight line and passes through the ground fixed point, and two virtual target points that are disposed on the second virtual straight line at substantially symmetrical positions with the ground fixed point interposed therebetween. It has target setting means for setting. And it has the target guidance means which produces | generates the guidance command for moving an autonomous mobile body toward the virtual target point located on the opposite side to an autonomous mobile body across the 1st virtual straight line.
従って、自律移動体は、強風時において、風向に平行で対地定点を通る仮想直線(第1仮想直線)を挟んで左右に配置された仮想点(仮想目標点)に向けて飛行するように誘導されることとなる。この結果、自律移動体は、強風時において風向変動があった場合においても、対地定点を中心とした有限空域内で、風上側に機首を向けた状態で対地的に8の字を描くような滞空飛行を行うことができる。 Accordingly, the autonomous mobile body is guided to fly toward the virtual points (virtual target points) arranged on the left and right sides of the virtual straight line (first virtual straight line) passing through the ground fixed point parallel to the wind direction in strong winds. Will be. As a result, the autonomous mobile body draws a figure of 8 in the ground with the nose pointing toward the windward side in a finite airspace centered on the ground fixed point even when the wind direction fluctuates during strong winds. Can perform a long flight.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の自律移動体において、前記自律移動体は、無人飛行船であることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the autonomous mobile body according to
請求項3に記載の発明は、無人飛行船であって、所定の有限空域内で風上に向かって上下左右に移動しながら飛行することを特徴とする。 The invention described in claim 3 is an unmanned airship, and is characterized by flying while moving up, down, left, and right in a predetermined finite airspace toward the windward.
請求項3に記載の発明によれば、無人飛行船は、所定の有限空域内で風上に向かって上下左右に移動しながら飛行を行うことができる。 According to the third aspect of the present invention, the unmanned airship can fly while moving up, down, left and right toward the windward within a predetermined finite airspace.
請求項4に記載の発明は、所定の流体内を移動する自律移動体の移動領域を所定の対地定点を中心とした有限領域内に制限するように前記自律移動体を誘導する自律移動体の誘導方法であって、前記自律移動体の周囲における前記流体の速度が所定の閾値以下の場合に、前記対地定点を中心として前記自律移動体を旋回させる旋回誘導工程と、前記自律移動体の周囲における前記流体の速度が所定の閾値を超えた場合に、前記流体の流れの方向に平行でかつ前記対地定点を通る第1仮想直線と、前記第1仮想直線に直交しかつ前記対地定点を通る第2仮想直線と、前記第2仮想直線上に前記対地定点を挟んで略対称の位置に配置される2つの仮想目標点と、を設定する目標設定工程と、前記第1仮想直線を隔てて前記自律移動体と反対側に位置する前記仮想目標点に向けて前記自律移動体を移動させる目標誘導工程と、を備えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an autonomous mobile body that guides the autonomous mobile body so as to limit a movement area of the autonomous mobile body that moves in a predetermined fluid to a limited area centered on a predetermined ground fixed point. A guidance method for turning the autonomous mobile body around the fixed point when the velocity of the fluid around the autonomous mobile body is equal to or less than a predetermined threshold, and surrounding the autonomous mobile body A first imaginary line passing through the ground fixed point parallel to the fluid flow direction and perpendicular to the first imaginary straight line and passing through the ground fixed point when the velocity of the fluid exceeds a predetermined threshold value A target setting step for setting a second virtual straight line and two virtual target points arranged on the second virtual straight line at substantially symmetrical positions across the ground fixed point, with the first virtual straight line being separated Positioned on the opposite side of the autonomous mobile body A target induction step of moving the autonomous moving body toward the virtual target points, characterized in that it comprises a.
請求項4に記載の発明によれば、自律移動体の周囲における流体の速度が所定の閾値以下の場合に、所定の対地定点を中心として自律移動体を旋回させるような旋回誘導工程を有している。従って、自律移動体の周囲における流体の速度が低い場合において、自律移動体の移動領域を、対地定点を中心とした有限領域内に制限することができる。 According to the invention described in claim 4, there is provided a turning guidance step for turning the autonomous moving body around a predetermined ground fixed point when the velocity of the fluid around the autonomous moving body is a predetermined threshold value or less. ing. Therefore, when the fluid velocity around the autonomous mobile body is low, the movement area of the autonomous mobile body can be limited to a finite area centered on the ground fixed point.
また、請求項4に記載の発明によれば、自律移動体の周囲における流体の速度が所定の閾値を超えた場合に、この流体の流れの風向に平行でかつ対地定点を通る第1仮想直線と、この第1仮想直線に直交しかつ対地定点を通る第2仮想直線と、第2仮想直線上に対地定点を挟んで略対称の位置に配置される2つの仮想目標点と、を設定する目標設定工程を有している。そして、第1仮想直線を隔てて船体と反対側に位置する仮想目標点に向けて自律移動体を移動させるような目標誘導工程を有している。 According to the fourth aspect of the present invention, when the velocity of the fluid around the autonomous mobile body exceeds a predetermined threshold value, the first virtual straight line that is parallel to the wind direction of the fluid flow and passes through the ground fixed point. And a second virtual straight line that is orthogonal to the first virtual straight line and passes through the ground fixed point, and two virtual target points that are arranged on the second virtual straight line at substantially symmetrical positions with the ground fixed point interposed therebetween. It has a goal setting process. And it has the target guidance process which moves an autonomous mobile body toward the virtual target point located on the opposite side to a ship body across the 1st virtual straight line.
従って、自律移動体は、その周囲の流体の速度が高い場合において、流体の流れの方向に平行で対地定点を通る仮想直線(第1仮想直線)を挟んで左右に配置された仮想点(仮想目標点)に向けて蛇行するように誘導されることとなる。この結果、自律移動体の周囲における流体の速度が高くかつ流体の流れの方向が変動した場合においても、自律移動体の移動領域を、対地定点を中心とした有限領域内に制限することができる。 Accordingly, the autonomous mobile body has virtual points (virtual points) arranged on the left and right sides of a virtual straight line (first virtual straight line) passing through a fixed point parallel to the direction of fluid flow when the velocity of the surrounding fluid is high. It will be guided to meander toward the target point. As a result, even when the fluid velocity around the autonomous mobile body is high and the direction of fluid flow fluctuates, the movement area of the autonomous mobile body can be limited to a finite area centered on the ground fixed point. .
請求項1又は2に記載の発明によれば、自律移動体の誘導部は、無風時(弱風時)において、対地定点を中心として自律移動体を旋回飛行させるような誘導指令を生成する一方、強風時において、対地定点近傍に2つの仮想目標点を自動的に設定し、これら仮想目標点に向けて自律移動体を移動させるような誘導指令を生成する。この結果、自律移動体は、無風時(弱風時)及び強風時の双方において、所定の対地定点を中心とした有限空域内における滞空飛行を自動的に実現させることができる。 According to the first or second aspect of the invention, the guidance unit of the autonomous mobile body generates a guidance command for turning the autonomous mobile body around the ground fixed point when there is no wind (light wind). In a strong wind, two virtual target points are automatically set in the vicinity of the ground fixed point, and a guidance command for moving the autonomous moving body toward these virtual target points is generated. As a result, the autonomous mobile body can automatically realize a flying flight in a finite airspace centered on a predetermined ground fixed point both in the absence of wind (when the wind is weak) and when the wind is strong.
請求項3に記載の発明によれば、無人飛行船は、所定の有限空域内で風上に向かって上下左右に移動しながら飛行を行うことができる。 According to the third aspect of the present invention, the unmanned airship can fly while moving up, down, left and right toward the windward within a predetermined finite airspace.
請求項4に記載の発明によれば、自律移動体の周囲における流体の速度が所定の閾値以下の場合に、対地定点を中心として自律移動体を旋回させる一方、自律移動体の周囲における流体の速度が所定の閾値を超えた場合に、対地定点近傍に2つの仮想目標点を設定し、これら仮想目標点に向けて自律移動体を移動させる。この結果、自律移動体の周囲における流体の速度や方向に関わらず、自律移動体の移動領域を、対地定点を中心とした有限領域内に制限することができる。 According to the invention described in claim 4, when the velocity of the fluid around the autonomous mobile body is equal to or lower than the predetermined threshold, the autonomous mobile body is turned around the ground fixed point, while the fluid around the autonomous mobile body When the speed exceeds a predetermined threshold, two virtual target points are set near the ground fixed point, and the autonomous mobile body is moved toward these virtual target points. As a result, the moving area of the autonomous moving body can be limited to a finite area centered on the ground fixed point regardless of the speed and direction of the fluid around the autonomous moving body.
以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、本発明に係る自律移動体の一例として、情報中継等を目的として所定の対地定点を中心とした有限空域内で滞空飛行を行う比較的大型の無人飛行船を挙げて説明することとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, as an example of the autonomous mobile body according to the present invention, a relatively large unmanned airship that performs aerial flight in a finite airspace centered on a predetermined ground fixed point for the purpose of information relay or the like. Will be explained.
まず、図1及び図2を用いて、本実施の形態に係る無人飛行船1の構成について説明する。無人飛行船1は、図1に示すように、柔軟な外皮で構成された船体10、船体10の下面に設けられたゴンドラ20、ゴンドラ20の内部に搭載される誘導制御装置50(図2参照)、等を備えて構成されている。
First, the configuration of the
船体10は、合成樹脂製又は軽金属製の柔軟性を有する外皮で構成されている。船体10内には、空気が充填されるバロネットが複数設けられている。また、船体10内のバロネットを除いた空間には浮揚ガスが充填されており、この浮揚ガスの圧力と、バロネットに充填された空気の圧力と、によって船体10の形状が保持されている。
The
船体10の船尾寄りの上下面には、図1に示すように、方向舵12を備える垂直尾翼11が設けられており、船体10の船尾寄りの側面には、(図示されていない)昇降舵を備える水平尾翼13が設けられている。これら方向舵12及び昇降舵は、ゴンドラ20に搭載された(図示されていない)操縦装置によって駆動される。
As shown in FIG. 1, a
ゴンドラ20は、方向舵12や昇降舵を駆動する操縦装置、エンジン・プロペラ等の推進装置、船体10の対地速度を取得する対地速度センサ30(図2参照)、船体10の対気速度を取得する対気速度センサ40(図2参照)、これら対地速度センサ30及び対気速度センサ40によって取得された速度情報に基づいて船体10の周囲の風速・風向を推定するとともに、推定された風速・風向に基づいて特定の誘導指令を生成して操縦装置等を駆動制御する誘導制御装置50(図2参照)、等を搭載するためのものである。
The
なお、本実施の形態においては、対地速度センサ30としてGPS(Global Positioning System)を採用しており、所定のGPS衛星から送信される情報を、ゴンドラ20内に搭載されたGPS受信機で受信することにより、船体10の対地速度情報や船体10の対地的な位置情報を取得している。また、本実施の形態においては、対気速度センサ40としてADS(Air Data System)を採用しており、船体10に設けられたピトー管や温度計等で計測された静圧、動圧、外気温度等に基づいて対気速度を算出している。
In the present embodiment, a GPS (Global Positioning System) is adopted as the
誘導制御装置50は、無人飛行船1全体を統合制御するCPU(Central Processing Unit)や、各種制御プログラムや制御データを格納したROM(Read Only Memory)等から構成されており、図2に示すような機能的構成を有している。すなわち、誘導制御装置50は、対地速度センサ30及び対気速度センサ40によって取得された速度情報に基づいて船体10の周囲に風速・風向を推定する風速風向推定部51と、推定された風速・風向に基づいて特定の誘導制御指令を生成する誘導部52と、を有している。
The
誘導部52は、図2に示すように、風速風向推定部51で推定された風速が所定の閾値以下の場合における誘導指令を生成する弱風時誘導部53と、風速風向推定部51で推定された風速が所定の閾値を超えた場合における誘導指令を生成する強風時誘導部54と、を有している。本実施の形態においては、前記した閾値を「7(m/s)」に設定している。また、本実施の形態においては、誘導指令として「方位角指令」、「対気速度指令」及び「迎角指令」を採用している。
As shown in FIG. 2, the
弱風時誘導部53は、本発明における旋回誘導手段であり、風速風向推定部51で推定された風速が所定の閾値(7(m/s))以下の場合に、所定の対地定点を中心として船体10を旋回飛行させるような誘導指令を生成する。前記した操縦装置や推進装置は、この弱風時誘導部53によって生成された誘導指令に基づいて駆動制御される。本実施の形態においては、地上で作業者が所定の操作部を操作することにより、前記した対地定点(目標水平面位置)に係る情報を飛行前に誘導制御装置50に予め入力することとしている。なお、対地定点は飛行目標高度に設定するのが好ましいが、飛行目標高度より高い(又は低い)高度に設定することもできる。
The weak
強風時誘導部54は、本発明における目標設定手段及び目標誘導手段であり、風速風向推定部51で推定された風速が所定の閾値(7(m/s))を超えた場合に、風速風向推定部51で推定された風向に平行でかつ対地定点を通る第1仮想直線と、この第1仮想直線に直交しかつ対地定点を通る第2仮想直線と、第2仮想直線上に対地定点を挟んで略対称の位置に配置される2つの仮想目標点と、を設定し、かつ、第1仮想直線を隔てて船体10と反対側に位置する仮想目標点に向けて船体10を移動させるような誘導指令を生成する。前記した操縦装置や推進装置は、この強風時誘導部54によって生成された誘導指令に基づいて駆動制御される。なお、強風時誘導部54で誘導指令を生成する際に用いられる船体10の位置(現在水平面位置)は、前記したGPSによって取得される。
The strong
なお、強風時誘導部54においては、風速風向推定部51で推定された風向に「平行」に第1仮想直線を設定するが、この「平行」は、風速風向推定部51で推定された風向に対して厳密に平行であることを意味しているのではなく、多少の狂いを許容するものである。第1仮想直線が風向に対して厳密に平行であれば、広い風速範囲に対応できるとともにより少ないエネルギ消費及びより少ない制御動作で効率的に制御を行うことができるので好ましいが、平行性に多少の狂いがある場合においても、推進装置の推力を変化させることによって対応することができる。
The strong
なお、風速風向推定部51は、ROMに格納された風速風向推定プログラム、対地速度センサ30及び対気速度センサ40で取得された速度情報を受けてこの風速風向推定プログラムを実行するCPU、等により構成されている。また、誘導部52は、ROMに格納された各種誘導用プログラム(旋回誘導プログラム、目標設定プログラム、目標誘導プログラム等)、風速風向推定部51で推定された風速の値に応じて各種プログラムを選択して実行するCPU、等により構成されている。
The wind speed / wind
次に、図3及び図4を用いて、本実施の形態に係る無人飛行船1の誘導制御について説明する。なお、本実施の形態に係る誘導制御は、図3及び図4に示すような対地定点Pを中心とした半径1000mの仮想円Vを含む平面を中心として鉛直方向に上下150mずつ延在する有限空域(仮想円柱形有限空域)内で無人飛行船1を滞空飛行させることを目的としたものである。
Next, guidance control of the
<無風時(弱風時)における誘導制御>
まず、図3を用いて、無風時ないし弱風時(風速風向推定部51で推定された風速が所定の閾値以下の場合)における誘導制御について説明する。
<Guidance control during no wind (light wind)>
First, with reference to FIG. 3, description will be given of the guidance control when there is no wind or light wind (when the wind speed estimated by the wind speed and wind
誘導制御装置50の弱風時誘導部53は、風速風向推定部51で推定された風速が所定の閾値(7(m/s))以下である場合に、対地定点Pを中心として船体10を旋回飛行させるような誘導指令(例えば、船体10の機首を常に対地定点Pに向けるような方位角指令)を生成する。また、弱風時誘導部53は、船体10が仮想円柱形有限空域内にとどまることができるような揚力を発生させるための対気速度指令及び迎角指令を生成する。
When the wind speed estimated by the wind speed / wind
このように弱風時誘導部53で生成された誘導指令(方位角指令、対気速度指令及び迎角指令)により、操縦装置の方向舵12が駆動制御されるとともに、推進装置が駆動制御される。この結果、無人飛行船1は、図3に示すように、仮想円柱形有限空域内で、対地定点Pを中心とした略円軌道Sを描くような所定速度の旋回滞空飛行を行う(旋回誘導工程)。
Thus, the
<強風時における誘導制御>
次に、図4を用いて、強風時(風速風向推定部51で推定された風速が所定の閾値を超える場合)における誘導制御について説明する。
<Guidance control in strong wind>
Next, with reference to FIG. 4, guidance control in a strong wind (when the wind speed estimated by the wind speed / wind
誘導制御装置50の強風時誘導部54は、風速風向推定部51で推定された風速が所定の閾値(7(m/s))を超える場合に、風速風向推定部51で推定された風向(例えば、図4の矢印W方向)に平行でかつ対地定点Pを通る第1仮想直線L1と、この第1仮想直線L1に直交しかつ対地定点Pを通る第2仮想直線L2と、第2仮想直線L2上に対地定点Pを挟んで略対称の位置に配置される2つの仮想目標点A1、A2と、を設定する(目標設定工程)。
When the wind speed estimated by the wind speed / wind
対地定点Pから仮想目標点A1、A2までの距離は、無人飛行船1の船体10の大きさ・重量や制御性能等に応じて、適宜決定することができる。本実施の形態においては、図4に示すように、対地定点Pから仮想目標点A1、A2までの距離を、仮想円柱形有限空域の仮想円Vの半径(1000m)の約1/3の長さに設定している。
The distance from the ground fixed point P to the virtual target points A 1 and A 2 can be appropriately determined according to the size / weight of the
次に、誘導制御装置50の強風時誘導部54は、第1仮想直線L1を隔てて船体10と反対側に位置する仮想目標点A1又はA2に向けて船体10を移動させるような誘導指令を生成する。
Next, the strong
例えば、図4に示した仮想円V内において、仮想目標点A1が含まれる半円領域内に船体10が位置するような場合には、強風時誘導部54は、仮想目標点A2に向けて船体10を移動させるような誘導指令を生成する。逆に、図4に示した仮想円V内において、仮想目標点A2が含まれる半円領域内に船体10が位置するような場合には、強風時誘導部54は、仮想目標点A1に向けて船体10を移動させるような誘導指令を生成する。また、強風時誘導部54は、弱風時誘導部53と同様に、船体10が仮想円柱形有限空域内にとどまることができるような揚力を発生させるための対気速度指令及び迎角指令を生成する。
For example, in the virtual circle V shown in FIG. 4, when the
このように強風時誘導部54で生成された誘導指令(方位角指令、対気速度指令及び迎角指令)により、操縦装置の方向舵12が駆動制御されるとともに、推進装置が駆動制御される。この結果、無人飛行船1は、図4に示すように、仮想円柱形有限空域内の対地定点P近傍において滞空飛行を行う。すなわち、風上側に向かって蛇行飛行を行わせるような誘導指令により、無人飛行船1は、結果的に、対地定点P近傍に対地的に略8の字を描くような滞空飛行を行うこととなる(目標誘導工程)。
Thus, the
この目標誘導工程において、無人飛行船1は、対地定点Pを中心とした仮想円Vを含む仮想円柱形有限空域内で、方位角指令に基づいて風上に向かって左右方向に移動しながら飛行するとともに、対気速度指令及び迎角指令に基づいて上下方向に移動しながら飛行する。なお、この「上下方向の移動」には、斜め上方向への移動や斜め下方向への移動も含まれるものとする。
In this target guidance process, the
以上説明した実施の形態に係る無人飛行船1においては、風向風速推定部51によって推定された風速が所定の閾値以下の場合(無風時ないし弱風時)に、誘導制御装置50の弱風時誘導部53が、対地定点Pを中心として船体10を旋回飛行させるような誘導指令を生成する。従って、無人飛行船1は、無風時ないし弱風時において、所定の対気速度を確保して飛行に必要な揚力を発生させることができ、なおかつ、対地定点Pを中心とした仮想円Vを含む仮想円柱形有限空域内で旋回滞空飛行を行うことができる(図3参照)。
In the
また、以上説明した実施の形態に係る無人飛行船1においては、風向風速推定部51によって推定された風速が所定の閾値を超えた場合(強風時)に、誘導制御装置50の強風時誘導部54が、推定された風向Wに平行でかつ対地定点Pを通る第1仮想直線L1と、この第1仮想直線L1に直交しかつ対地定点Pを通る第2仮想直線L2と、第2仮想直線L2上に対地定点Pを挟んで略対称の位置に配置される2つの仮想目標点A1、A2と、を設定する。そして、第1仮想直線L1を隔てて船体10と反対側に位置する仮想目標点A1又はA2に向けて船体10を移動させるような誘導指令を生成する。
In addition, in the
従って、無人飛行船1は、強風時において、風向Wに略平行で対地定点Pを通る第1仮想直線L1を挟んで左右に配置された仮想目標点A1又はA2に向けて飛行するように誘導されることとなる。この結果、無人飛行船1は、強風時において風向変動があった場合においても、対地定点Pを中心とした仮想円Vを含む仮想円柱形有限空域内で、対地的に8の字を描くような滞空飛行を行うことができる(図4参照)。
Therefore, the
なお、以上の実施の形態においては、誘導指令を切り替える風速の閾値を「7(m/s)」に設定した例を示したが、この閾値は、船体10の大きさ・重量、制御性能、推進装置の推進力、等に応じて適宜変更することができる。
In the above embodiment, the example in which the wind speed threshold value for switching the guidance command is set to “7 (m / s)” is shown. However, this threshold value indicates the size / weight of the
また、以上の実施の形態においては、対地定点P(目標水平面位置)に係る情報を飛行前に地上で予め入力することとしたが、無人飛行船1に無線通信手段を搭載し、対地定点Pの位置情報に係る無線信号を地上から送信することにより、飛行中に誘導制御装置50に対地定点Pの位置情報を入力することもできる。
Further, in the above embodiment, the information related to the ground fixed point P (target horizontal plane position) is input in advance on the ground before the flight. However, the
また、以上の実施の形態においては、前記した「旋回誘導工程」、「目標設定工程」及び「目標誘導工程」からなる本発明に係る誘導方法を、無人飛行船1の誘導に適用した例を示したが、他の自律移動体の誘導に適用することもできる。例えば、空中を移動する他の無人航行体の誘導や水中を移動する無人潜水艦の誘導に本発明に係る誘導方法を適用することができる。
Moreover, in the above embodiment, the example which applied the guidance method which concerns on this invention which consists of above-described "turning guidance process", "target setting process", and "target guidance process" to the guidance of the
1 無人飛行船(自律移動体)
12 方向舵(操縦装置)
51 風速風向推定部
52 誘導部
53 弱風時誘導部(旋回誘導手段)
54 強風時誘導部(目標設定手段、目標誘導手段)
P 対地定点
L1 第1仮想直線
L2 第2仮想直線
A1、A2 仮想目標点
1 Unmanned airship (autonomous moving body)
12 rudder (control device)
51 Wind speed / wind
54 Strong wind guidance unit (target setting means, target guidance means)
P Ground fixed point L 1 1st virtual straight line L 2 2nd virtual straight line A 1 , A 2 virtual target point
Claims (4)
前記自律移動体の周囲の風速及び風向を推定する風速風向推定部と、
前記風速風向推定部で推定された風速に応じて前記操縦装置を制御するための誘導指令を生成する誘導部と、を備え、
前記誘導部は、
前記風速風向推定部で推定された風速が所定の閾値以下の場合に、所定の対地定点を中心として前記自律移動体を旋回飛行させるような誘導指令を生成する旋回誘導手段と、
前記風速風向推定部で推定された風速が所定の閾値を超えた場合に、前記風速風向推定部で推定された風向に平行でかつ前記対地定点を通る第1仮想直線と、この第1仮想直線に直交しかつ前記対地定点を通る第2仮想直線と、前記第2仮想直線上に前記対地定点を挟んで略対称の位置に配置される2つの仮想目標点と、を設定する目標設定手段と、
前記第1仮想直線を隔てて前記自律移動体と反対側に位置する前記仮想目標点に向けて前記自律移動体を移動させるための誘導指令を生成する目標誘導手段と、
を有することを特徴とする自律移動体。 An autonomous mobile body provided with a predetermined control device,
A wind speed and wind direction estimating unit for estimating a wind speed and a wind direction around the autonomous mobile body;
A guidance unit that generates a guidance command for controlling the control device according to the wind speed estimated by the wind speed and wind direction estimation unit, and
The guiding portion is
When the wind speed estimated by the wind speed and wind direction estimation unit is a predetermined threshold value or less, a turning guidance unit that generates a guidance command to turn the autonomous mobile body around a predetermined ground fixed point; and
When the wind speed estimated by the wind speed / wind direction estimation unit exceeds a predetermined threshold, the first virtual line parallel to the wind direction estimated by the wind speed / wind direction estimation unit and passing through the ground fixed point, and the first virtual line A second virtual straight line that is orthogonal to the ground fixed point and two virtual target points that are arranged on the second virtual straight line at substantially symmetrical positions across the ground fixed point; ,
Target guidance means for generating a guidance command for moving the autonomous mobile body toward the virtual target point located on the opposite side of the autonomous mobile body across the first virtual straight line;
An autonomous mobile body characterized by comprising:
無人飛行船であることを特徴とする請求項1に記載の自律移動体。 The autonomous mobile body is
The autonomous mobile body according to claim 1, wherein the autonomous mobile body is an unmanned airship.
前記自律移動体の周囲における前記流体の速度が所定の閾値以下の場合に、前記対地定点を中心として前記自律移動体を旋回させる旋回誘導工程と、
前記自律移動体の周囲における前記流体の速度が所定の閾値を超えた場合に、前記流体の流れの方向に平行でかつ前記対地定点を通る第1仮想直線と、前記第1仮想直線に直交しかつ前記対地定点を通る第2仮想直線と、前記第2仮想直線上に前記対地定点を挟んで略対称の位置に配置される2つの仮想目標点と、を設定する目標設定工程と、
前記第1仮想直線を隔てて前記自律移動体と反対側に位置する前記仮想目標点に向けて前記自律移動体を移動させる目標誘導工程と、
を備えることを特徴とする自律移動体の誘導方法。 An autonomous mobile body guidance method for guiding the autonomous mobile body so as to limit a movement area of the autonomous mobile body moving in a predetermined fluid to a finite area centered on a predetermined ground fixed point,
When the speed of the fluid around the autonomous mobile body is a predetermined threshold value or less, a turning guidance step of turning the autonomous mobile body around the ground fixed point;
When the velocity of the fluid around the autonomous mobile body exceeds a predetermined threshold, the first imaginary straight line that is parallel to the fluid flow direction and passes through the ground fixed point is orthogonal to the first imaginary straight line. And a second virtual straight line that passes through the ground fixed point, and two virtual target points that are arranged on the second virtual straight line at substantially symmetrical positions across the ground fixed point; and
A target guidance step of moving the autonomous mobile body toward the virtual target point located on the opposite side of the autonomous mobile body across the first virtual straight line;
A method for guiding an autonomous mobile body, comprising:
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