JP2018181116A - 無人航空機、位置推定装置、飛行制御装置、位置推定方法、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
は推定値の分散行列であり、推定値の尤度を示すものである。
の値が増加し続け、推定値の尤度が低下する。第1のKF33は、観測値が得られたタイミングで、
が小さい大きさとなる
演算され、推定誤差
が減少し、推定値の尤度が増加する。
値が増加し続け、推定値の尤度が低下する。第2のKF34は、観測値が得られたタイミングで、
小さい大きさとなる
演算され、推定誤差
減少し、推定値の尤度が増加する。ただし第1のKF33からの推定値の出力及び環境取得部31からの絶対高度の出力は非同期的に発生するため、第2のKF34は、それぞれが出力されるタイミングで、それぞれのフィルタリングステップを実行する。このようにして、第2のKF34は、無人航空機1の高度及び速度を推定し続ける。また前述のとおり、第1のKF33から出力される推定値の信頼度は比較的高いため、rvelとrabiasの大きさは、rpresと比較して小さく設定する。これにより、第1のKF33から推定値が出力される場合は、環境取得部31から得られる絶対高度より強力に更新処理を行うことが可能となる。
2 本体部
3 モータ
4 ロータ(回転翼)
5 アーム
6 着陸脚
7 ローカルセンサ
11 飛行制御装置
12 送受信機
13 センサ
14 スピードコントローラ(ESC)
21 プロセッサ
22 記憶装置
23 通信用IF
24 センサ用IF
25 信号変換回路
31 環境取得部
32 自己位置推定部
33 第1のカルマンフィルタ(第1のKF)
34 第2のカルマンフィルタ(第2のKF)
41 橋梁
42 橋桁部
43 橋脚部
43a 梁部
43b 柱部
Claims (26)
- 無人航空機の絶対位置を計測するためのグローバルセンサを用いて前記無人航空機の位置を取得する環境取得部と、
前記無人航空機の相対位置を計測するためのローカルセンサを用いて前記無人航空機の周囲にある物体に対する前記無人航空機の相対位置を推定し、該推定の尤度に基づいて該推定された相対位置が有効であると判定された場合に前記無人航空機の相対位置を出力する、自己位置推定部と、
前記自己位置推定部により前記無人航空機の相対位置が出力された場合は該相対位置に基づいて、かつ前記環境取得部により前記位置が取得された場合は該位置に基づいて、前記無人航空機の位置及び速度を推定する推定器と、を備える位置推定装置。 - 前記自己位置推定部は、前記ローカルセンサによる測距距離が所定の距離内であった場合に、前記無人航空機の相対位置を出力する、請求項1に記載の位置推定装置。
- 前記自己位置推定部は、レーザを用いて取得された点群データに基づいて前記無人航空機の相対位置を推定し、該推定の尤度に基づいて該推定された相対位置が有効であると判定された場合に前記無人航空機の相対位置を出力する、請求項1又は2に記載の位置推定装置。
- 前記自己位置推定部は、SLAM技術を利用して前記無人航空機の相対位置を推定する、請求項1から3のいずれか1項に記載の位置推定装置。
- 前記自己位置推定部は、SLAM技術を利用してマップを作成し、作成されたマップと取得された点群データとの一致度に基づいて前記推定された相対位置が有効であるか否かを判定する、請求項4に記載の位置推定装置。
- 前記環境取得部は気圧センサを用いて高度を取得する、請求項1から5のいずれか1項に記載の位置推定装置。
- 前記位置は高度であり、前記速度は鉛直方向速度である、請求項1から6のいずれか1項に記載の位置推定装置。
- 前記推定器は、
前記自己位置推定部により前記無人航空機の相対位置が出力された場合、該相対位置に基づいて、前記無人航空機の速度及び該速度を補正するための加速度バイアス値を推定して出力する第1の推定器と、
前記速度及び前記加速度バイアス値が出力された場合は該出力された速度及び加速度バイアス値に基づいて、かつ前記環境取得部により前記位置が取得された場合は該位置に基づいて、前記無人航空機の位置及び速度を推定して出力する第2の推定器と、を含み、
前記推定器により推定された前記無人航空機の位置及び速度は、前記第2の推定器により出力された位置及び速度である、請求項1から7のいずれか1項に記載の位置推定装置。 - 第1の推定器は、前記自己位置推定部により前記無人航空機の相対位置が出力された場合に、該相対位置を観測値として用いて、前記無人航空機の速度及び加速度バイアス値を推定して出力するカルマンフィルタである、請求項8に記載の位置推定装置。
- 前記第1の推定器は、前記速度、前記位置、及び前記加速度バイアス値を成分として含む現在の状態ベクトル及び過去の状態ベクトルの関係を表す状態方程式と、前記観測値及び該状態ベクトルの関係を表す観測方程式とに基づいて、前記無人航空機の速度及び加速度バイアス値を推定する、請求項9に記載の位置推定装置。
- 前記第2の推定器は、前記速度及び前記加速度バイアス値が出力された場合は該出力された速度及び加速度バイアス値を観測値として用い、かつ前記環境取得部により前記位置が取得された場合は該位置を観測値として用いて、前記無人航空機の位置及び速度を推定して出力するカルマンフィルタである、請求項8から10のいずれか1項に記載の位置推定装置。
- 前記第2の推定器は、前記速度、前記位置、及び前記加速度バイアス値を成分として含む現在の状態ベクトル及び過去の状態ベクトルの関係を表す状態方程式と、前記観測値及び該状態ベクトルの関係を表す観測方程式とに基づいて、前記無人航空機の位置及び速度を推定する、請求項11に記載の位置推定装置。
- 前記第2の推定器は、前記第1の推定器から出力される前記速度及び前記加速度バイアス値の尤度を、前記環境取得部により取得された前記位置の尤度よりも大きく設定して、前記無人航空機の位置及び速度を推定して出力する、請求項8から12のいずれか1項に記載の位置推定装置。
- 前記環境取得部は加速度センサを用いて加速度を更に取得し、
前記第1の推定器及び前記第2の推定器は、前記環境取得部から取得された加速度を制御入力として用いる、請求項8から13のいずれか1項に記載の位置推定装置。 - 請求項1から14のいずれか1項に記載の位置推定装置を備える、無人航空機の飛行を制御する飛行制御装置であって、
前記推定器により推定された前記無人航空機の位置及び速度を用いて前記無人航空機の飛行を制御する、飛行制御装置。 - 前記飛行制御装置は、
前記自己位置推定部により推定された相対位置を用いて前記物体との距離を決定し、前記推定器により推定された前記無人航空機の位置及び速度を用いて、該決定された距離を一定以上に保持して衝突を回避するように前記無人航空機の飛行を制御する、請求項15に記載の飛行制御装置。 - 前記無人航空機が架設部を有する構造物の該架設部下方を飛行する場合、前記推定器により推定された前記無人航空機の位置及び速度を用いて、該架設部の下面との距離を一定に保持するように前記無人航空機の飛行を制御する、請求項16に記載の飛行制御装置。
- 請求項15から17のいずれか1項に記載の飛行制御装置を備える無人航空機。
- 無人航空機の位置を推定する方法であって、
前記無人航空機の絶対位置を計測するためのセンサを用いて前記無人航空機の位置を取得するステップと、
前記無人航空機の相対位置を計測するためのセンサを用いて前記無人航空機の相対位置を推定するステップであって、該推定の尤度に基づいて該推定された相対位置が有効であると判定された場合に前記無人航空機の相対位置を推定するステップと、
前記無人航空機の相対位置が推定された場合は該相対位置に基づいて、かつ前記位置が取得された場合は該位置に基づいて、前記無人航空機の位置及び速度を推定するステップと、
を含む方法。 - 前記無人航空機の位置及び速度を推定するステップは、
前記無人航空機の相対位置が出力された場合、該相対位置に基づいて、前記無人航空機の速度及び該速度を補正するための加速度バイアス値を推定して出力する第1の推定ステップと、
前記速度及び前記加速度バイアス値が出力された場合は該出力された速度及び加速度バイアス値に基づいて、かつ前記環境取得部により前記位置が取得された場合は該位置に基づいて、前記無人航空機の位置及び速度を推定して出力する第2の推定ステップと、を含み、
前記推定するステップにより推定された前記無人航空機の位置及び速度は、前記第2の推定ステップにより出力された位置及び速度である、請求項19に記載の方法。 - 前記第1の推定ステップは、前記無人航空機の相対位置が出力された場合に、該相対位置を観測値として用いて、カルマンフィルタ処理を実行することにより、前記無人航空機の速度及び加速度バイアス値を推定して出力する、請求項20に記載の方法。
- 前記第2の推定ステップは、前記速度及び前記加速度バイアス値が出力された場合は該出力された速度及び加速度バイアス値を観測値として用い、かつ前記環境取得部により前記位置が取得された場合は該位置を観測値として用いて、カルマンフィルタ処理を実行することにより、前記無人航空機の位置及び速度を推定して出力する、請求項20又は21に記載の方法。
- 前記第2の推定ステップは、前記第1の推定ステップから出力される前記速度及び前記加速度バイアス値の尤度を、前記環境取得部により取得された前記位置の尤度よりも大きく設定して、前記無人航空機の位置及び速度を推定して出力する、請求項20から22のいずれか1項に記載の位置推定装置。
- 無人航空機の位置を推定するプログラムであって、請求項19から23のいずれか1項に記載の方法の各ステップをコンピュータに実行させるプログラム。
- 請求項19から23のいずれか1項に記載の無人航空機の位置を推定する方法を有する、無人航空機の飛行を制御する方法であって、
前記推定するステップにより推定された前記無人航空機の位置及び速度を用いて前記無人航空機の飛行を制御するステップを含む方法。 - 無人航空機の飛行を制御するプログラムであって、請求項25に記載の方法の各ステップをコンピュータに実行させるプログラム。
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