JP2017055911A - マルチコプター用コントローラおよびマルチコプターの制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1(a)および(b)は、実施形態に係るマルチコプター用コントローラを例示する模式図である。図1(a)にはマルチコプター100の操縦の様子が示され、図1(b)にはマルチコプター用コントローラ(以下、単に「コントローラ」と言う。)1が示される。
図2は、コントローラの構成を例示するブロック図である。
図3は、マルチコプターの構成を例示するブロック図である。
図2に示すように、コントローラ1の本体筐体10の内部には、送信部14、中央演算部(CPU)15、可変抵抗部(VR)111、121および131、アナログデジタル変換部(A/D)112、122および132が設けられる。なお、コントローラ1には図示しないバッテリ、電源スイッチ、調整トリガー、インジケータ、表示パネルなども設けられる。
次に、本実施形態に係るマルチコプター100の制御方法について説明する。
図4(a)〜(d)は、マルチコプターの姿勢を例示する模式図である。
本実施形態に係るマルチコプター100の制御方法を説明するにあたり、図4(a)〜(d)に示す模式図によってマルチコプター100の姿勢を表すものとする。すなわち、図4(a)に示すように、マルチコプター100の機体110を前方が鋭角となった五角形で表し、複数の回転翼120を二点鎖線で表す。また、マルチコプター100の前後方向をX軸方向、左右方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向とする。したがって、マルチコプター100のピッチはY軸回りの回転となり、ヨーはZ軸回りの回転となり、ロールはX軸回りの回転となる。
図5(a)および(b)は、マルチコプターの上昇および下降の制御を例示する模式図である。
マルチコプター100の上昇および下降を行うには、図5(a)に示すコントローラ1の往復スイッチ部13を操作して、第3制御信号CS3を送信部14からマルチコプター100に送る。
図6(a)〜(c)は、マルチコプターの前進および後退の制御を例示する模式図である。
マルチコプター100の前進および後退を行うには、図6(a)に示すコントローラ1のトリガー部12を操作して、第2制御信号CS2を送信部14からマルチコプター100に送る。
図7(a)および(b)は、マルチコプターの左右制御を例示する模式図である。
マルチコプター100の左右制御を行うには、図7(a)に示すコントローラ1のホイール部11を操作して、第1制御信号CS1(ロール制御信号CSR)を送信部14からマルチコプター100に送る。
図8(a)〜(c)は、マルチコプターのターン制御を例示する模式図である。
マルチコプター100のターン制御を行うには、図8(a)に示すコントローラ1のホイール部11およびトリガー部12の両方を操作して、第1制御信号CS1(ヨー制御信号CSY)および第2制御信号CS2を送信部14からマルチコプター100に送る。
図9(a)〜(d)には、マルチコプター100が前方に飛行している状態から左方向へターンする際の様子が表される。
先ず、図9(a)に示すように、コントローラ1のトリガー部12を引くことで操作量M21に応じたピッチが発生し、マルチコプター100は前方へ飛行していく。
次に、ターンの制御について説明する。
図10(a)〜(c)は、ターンの制御を説明する模式図である。
図10(a)に示すように、マルチコプター100のターンは、Y軸回りの回転(ピッチ角度θp)、Z軸回りの回転(ヨー角度θy)、X軸回りの回転(ロール角度θr)のそれぞれの制御によって実行される。
図11(a)には、ホイール部11の回転角θwとヨーの角速度のVzとの関係を示す関数f1が表される。この関数f1を用いることで、マルチコプター100のヨーの角速度Vzは、ホイール部11の回転角θwに対応して設定される。なお、図11(a)に示す関数f1は、ホイール部11の回転角θwの1次関数になっているが、2次関数など他の関数であってもよい。関数f1の特性によって、ターン特性を変えることができる。
次に、ヨーおよびロールの制御について説明する。
図12(a)〜(c)は、マルチコプターのヨーおよびロールの制御について例示する図である。
マルチコプター100のターンを行う場合、図12(a)に示すようなヨーの発生(ヨー角度θy)と、図12(b)に示すようなロールの発生(ロール角度θr)とを連動させる。図12(c)には、ヨーとロールとの関係を示す関数f3が表される。関数f3を用いることで、マルチコプター100のロール角度θrは、ヨー角度θyに対応して設定される。この関数f3では、ヨー角度θyとロール角度θrとが比例関係になっている。
次に、ターン最中のロール補正制御について説明する。
マルチコプター100のターンが始まると、ヨーとともにロールが発生する。ターン最中のロール角度θrは、先に説明したように、例えばヨー角度θyの関数f3によって決定される。この際、機体110が傾くことで所定方向の速度成分に速度差が発生する。そこで、この速度差に応じてロール角度θrの補正を行うようにしてもよい。
図13(a)に示すように、マルチコプター100がターンしている間、所定のサンプリング時間毎にマルチコプター100の速度成分を検出する。ここで、ターン中の時刻tでサンプリングした機体110の進行方向(ターン接線方向)D1の速度を第1速度V1とする。
次に、トリガー部12の操作量と制御の切り替えの例について説明する。
図14(a)および(b)は、他の制御切り替えの例を説明する図である。
この制御切り替えの例では、図14(a)に示すように、予めトリガー部12の操作量に応じて第1領域R1、第2領域R2および第3領域R3を設定しておく。第1領域R1は、トリガー部12の中立位置から僅かに引いた領域である。第2領域R2は、トリガー部12を第1領域R1よりも大きく引いた領域である。第3領域R3は、トリガー部12を第2領域R2よりも大きく引いた領域である。
10…本体筐体
10G…グリップ部
11…ホイール部
12…トリガー部
13…往復スイッチ部
14…送信部
15…CPU
20…受信部
25…CPU
26,27,28…センサ
100…マルチコプター
110…機体
110a…前方部
111,121,131…可変抵抗部
112,122,132…アナログデジタル変換部
120…回転翼
200…操縦者
231,232,233,234…モータドライバ
CS…制御信号
CS1…第1制御信号
CS2…第2制御信号
CS3…第3制御信号
CSR…ロール制御信号
CSY…ヨー制御信号
D1…進行方向
M1,M2,M3,M4…モータ
M11,M12,M21,M22,M31,M32…操作量
R1…第1領域
R2…第2領域
R3…第3領域
V1…第1速度
V2…第2速度
Vx…飛行速度
Vz…角速度
f1,f2,f3,f4…関数
α…減速度
β…変化量
θp…ピッチ角度
θr,θr2…ロール角度
θw…回転角
θy…ヨー角度
Claims (12)
- 複数の回転翼によって無人飛行するマルチコプターを操縦するためのコントローラであって、
本体筐体と、
前記本体筐体に設けられ、回転操作されるホイール部と、
前記本体筐体に設けられ、指で進退操作されるトリガー部と、
前記本体筐体に設けられた往復スイッチ部と、
前記本体筐体に設けられた送信部と、
を備え、
前記送信部は、前記ホイール部の操作に応じて前記マルチコプターのヨーまたはロールのいずれかを制御するための第1制御信号、前記トリガー部の操作に応じて前記マルチコプターのピッチを制御するための第2制御信号、および前記往復スイッチ部の操作に応じて前記マルチコプターの高さを制御するための第3制御信号を送信することを特徴とするマルチコプター用コントローラ。 - 前記第1制御信号は、前記ホイール部の操作に応じて前記ヨーを制御するためのヨー制御信号および前記ロールを制御するためのロール制御信号のいずれかであり、
前記送信部は、前記ホイール部が操作された場合、その際の前記トリガー部の操作量に応じて前記ヨー制御信号および前記ロール制御信号のいずれかを送信する、請求項1記載のマルチコプター用コントローラ。 - 前記トリガー部の操作量に応じて第1領域、第2領域および第3領域が設けられ、
前記送信部は、
前記トリガー部の操作量が前記第1領域であった場合、前記ロール制御信号を送信し、
前記トリガー部の操作量が前記第2領域であった場合、前記ヨー制御信号を送信し、
前記トリガー部の操作量が前記第3領域であった場合、前記第2制御信号および前記ヨー制御信号を送信する、請求項2記載のマルチコプター用コントローラ。 - 前記ヨー制御信号に含まれる前記ヨーの制御量は、前記ホイール部の回転角度から所定の関数によって演算された値である、請求項2または3に記載のマルチコプター用コントローラ。
- 前記送信部は、前記第2制御信号および前記ヨー制御信号を送信する間、第1サンプリング時刻での前記マルチコプターの進行方向の速度である第1速度と、前記第1サンプリング時刻から所定時間経過後の第2サンプリング時刻での前記マルチコプターの前記進行方向の速度成分である第2速度との差に応じて前記ロールの制御量の補正を行うロール補正信号を送信する、請求項2〜4のいずれか1つに記載のマルチコプター用コントローラ。
- 前記往復スイッチ部は操作しない状態で中立位置に保持される機能を有し、
前記送信部は、前記往復スイッチ部の所定方向への操作から前記中立位置への復帰までの時間が所定時間以内であった場合に、前記マルチコプターを予め定められた高さに制御するための前記第3制御信号を送信する、請求項1〜5のいずれか1つに記載のマルチコプター用コントローラ。 - 操縦者が操作するコントローラから複数の回転翼によって無人飛行するマルチコプターに向けて、前記マルチコプターのヨーまたはロールを制御するための第1制御信号、前記マルチコプターのピッチを制御するための第2制御信号、および前記マルチコプターの高さを制御するための第3制御信号を送信して前記マルチコプターを制御する方法であって、
前記コントローラから前記第1制御信号が送信された場合、その際の前記第2制御信号に含まれる第2操作量に応じて前記第1制御信号に含まれる第1操作量に応じた制御として前記ヨーまたは前記ロールのいずれかを選択することを特徴とするマルチコプターの制御方法。 - 前記第2操作量に応じて第1領域、第2領域および第3領域を設けておき、
前記第2操作量が前記第1領域であった場合、前記第1操作量に応じて前記ロールを制御し、
前記第2操作量が前記第2領域であった場合、前記第1操作量に応じて前記ヨーを制御し、
前記第2操作量が前記第3領域であった場合、前記第2操作量に応じて前記ピッチを制御するとともに前記第1操作量に応じて前記ヨーを制御する、請求項7記載のマルチコプターの制御方法。 - 前記第1操作量に応じて前記ヨーを制御する場合、前記第1操作量から所定の関数によって演算された値によって制御する、請求項7または8に記載のマルチコプターの制御方法。
- 前記第1操作量に応じて前記ヨーを制御する場合、前記第1操作量に応じて前記ロールを制御する、請求項7〜9のいずれか1つに記載のマルチコプターの制御方法。
- 前記第2操作量に応じて前記ピッチを制御するとともに前記第1操作量に応じて前記ヨーを制御する間、第1サンプリング時での前記マルチコプターの基準進行方向の速度成分である第1速度と、前記第1サンプリング時から所定時間経過後の第2サンプリング時での前記マルチコプターの前記基準進行方向の速度成分である第2速度との差に応じて前記ロールの量の補正を行う、請求項7〜10のいずれか1つに記載のマルチコプターの制御方法。
- 前記第3制御信号が所定のパターンであった場合、前記マルチコプターを予め定められた高さに制御する、請求項7〜11のいずれか1つに記載のマルチコプターの制御方法。
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