JP2019073258A

JP2019073258A - ドローン飛行安定装置及びレーザーゲイジ

Info

Publication number: JP2019073258A
Application number: JP2017214208A
Authority: JP
Inventors: 哲湯田; Satoru Yuda
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2019-05-16

Abstract

【課題】円錐形レーザー及び円形の光「光の丸」の大きさの変化を視覚的に確認することで、遠近感を認識できる装置を提供する。【解決手段】サーボモーター（チ）にレーザー発振装置（イ）を取り付け、サーボにて入射角度を変えレーザー円の大きさを変化させる（Ｅ，Ｆ）。レーザー円の大きさを動画カメラ（ヘ）にてパターン認識し一定に保てば、一定の高度（距離）を維持し飛行できる。又、ドローンからレーザー円の底面までの高さＰを計測し、円錐形レーザーの頂点の角度Ｗ度を計測すれば（Ｈ）、地上のレーザー円の直径Ｑが分かり。そのＱと比較することで、撮影された物体の大きさを計測できる。【選択図】図１

Description

ドローンの普及は急激に伸びている。老朽化した橋や建物の検査作業、農業での肥料散布、消毒物流分野での配送手段として、様々な分野での活用が進んでいる。しかし、ドローンの操縦・操作は勿論、姿勢制御は内蔵した電子ジャイロなどで保持されるが、位置情報は全て複数のGPS衛星からの情報を受信しながら正確な移動を可能としている。もしドローンによって重要なモノを空輸中に、GPS回路が動作不良やあるいは、太陽フレアーの爆発などで太陽からの高いエネルギー電磁波によって全GPS衛星が全地球規模障害に陥った場合でも、墜落すれば大きな損害に繋がったり、第３者への被害、人命にかかわる大きな事故なる可能性も秘めている。

ドローンの普及は急激に伸びている。老朽化した橋や建物の検査作業、農業での肥料散布、消毒物流分野での配送手段として、様々な分野での活用が進んでいる。しかし、ドローンの操縦・操作は勿論、姿勢制御は内蔵した電子ジャイロなどで保持されるが、位置情報は全て複数のGPS衛星からの情報を受信しながら正確な移動を可能としている。安定飛行装置のメインがＧＰＳ衛星及び本体に組み込まれたＧＰＳ回路のみで飛行を可能としている。ドローンの安全安定飛行には別の安定システムによって２重の安定飛行を必要だと考えます。

ドローンの普及は急激に伸びている。老朽化した橋や建物の検査作業、農業での肥料散布、消毒物流分野での配送手段として、様々な分野での活用が進んでいる。しかし、ドローンの操縦・操作は勿論、姿勢制御は内蔵した電子ジャイロなどで保持されるが、位置情報は全て複数のGPS衛星からの情報を受信しながら正確な移動を可能としている。もしドローンによって重要なモノを空輸中に、GPS回路が動作不良の時点で、墜落すれば大きな損害に繋がったり、第３者への被害、人命にかかわる大きな事故なる可能性も秘めている。
ドローンをラジコン操作している場合、ドローン本体が遠方にある場合、本体が小さく遠近感をもって認識することは困難である。夜間飛行時においても、ＬＥＤだけの発光だけではやはり距離間隔はこんな
ドローンによる災害現場の調査時では、道路の亀裂規模、洪水によって流されてきた岩の大きさ、川の幅、地上にある実際の長さや大きさを撮影と同時に認識することは、基準の長さのポールと同時に撮影しない限り、計測したい目的の物体や長さを確認するこができない。

図１の（A）（Ｂ）のようにレーザー発生器（イ）と円柱レンズ（ロ）を組合わせ装置を用いて、（Ａ）のように円柱レンズ（ロ）にレーザーが直角の場合は直線（ホ）が描かれるが、（Ｂ）の（２）（３）（４）のように円柱レンズの角度を変えていくと曲線のレーザーがカーブが変化し最終的には（Ｂ）の（５）のように円を描くことが可能となります。これが本考案の基本原理である。
この原理を実現する為に、図１の（Ｃ）のようにラジコン装置で使われているサーボモーター（チ）の可動部（ト）にレーザー発振装置（イ）を取り付け、可動部（イ）が動くことで円柱レンズへのレーザー光線の入射角を自由に変えることができるようにして、図１の（Ｅ）、（Ｆ）のように入射角度の変化が、レーザー円、の大きさの変化となり、サーボモーターによってレーザー円の大きさを自由に変えられるようにしたのが本考案である。自由に大きさを変えるレーザー円を一定の大きさ円錐形のレーザーの頂点の角度Ｗ度を一定にすると、そのレーザー円（円錐形の底面）の大きさをカメラ（タ）によって一定に保つことで、一定の高度を維持することが出来る。

ドローンの高度はＧＰＳ機能により認識できるが、レーザー距離計によってドローンからレーザー円の底面までの高さＰを計測することで、円錐形レーザーの頂点の角度Ｗ度を計測できるので、地上のレーザー円の直径Ｑが正確に分かる。つまり図１の図（Ｉ）のようにＴ位置、Ｓ位置、Ｒ位置に高度が変化しても、高度と角度Ｗ度の組合せることで、計測に必要な大きさ、計測基準の大きさ（Ｑ）のレーザー円を描くことができる。たとえば、図１の（Ｈ）のようにレーザー円の直径を１０ｍとしてカメラで撮影した時点で、大きさを知りたい物体（ル）は目盛りから分かるように１．５ｍの大きさであることが分かる。地上に描かれたレーザー円が河川や道路の幅にぴったりはまった図１の（Ｍ）の場合は、そのレーザー円の大きさが河川、道路の幅ということになります。

（１）図１の（Ｍ）のように、円錐形レーザー及び円形の光「光の丸」の大きさの変化を視覚的に確認でき、遠近感を認識できることで、現在飛行中のドローンがどこにあるかを容易に確認でき操縦がスムーズに行える。
（２）図の（Ｊ）（Ｋ）（Ｌ）ように、光の丸の大きさＱをカメラ（ヘ）によって認識、パターン記憶させれば、そのパターンを保持することで距離（高度）を一定に保つことで、野外での高度はもちろん、建物内の廊下や階段、室内においても、床、天井、壁、あるいは橋の下部を飛行する時のその裏面までの距離を一定距離での飛行が可能となる。
（３）農業部門の消毒や種子散布、肥料散布などは、実に際太陽が昇る日中や曇りの天候の変わり目には、風が吹く場合が多く、その風が飛行の安定飛行の障害になり、その風により散布する消毒液や肥料などが散布予定エリア以外へ飛散などの日中の散布には問題がある。風の無い夜間の安定した飛行で、無風時の安定した散布作業が容易に可能となる。
（４）ドローンが飛行中に内蔵したGPS回路が何らかのトラブルで機能できなくなった時点で、セーフティー装置として円形の光「光の丸」の大きさを一定に保つことで一定高度を維持しながら、さらに視覚的に認識しなが飛行可能となる。
（５）ＧＰＳ機能に全てを依存するドローンの安定飛行装置の第２のシステムとして重要であり、ドローンの安全性が確立され、多くの分野でのドローン活用が加速される。
（６）本考案の装置でレーザー物差し（レーザーゲイジ）として機能する。図１の図（Ｉ）のようにＴ位置、Ｓ位置、Ｒ位置に高度が変化しても、高度と角度Ｗ度の組合せることで、計測に必要な大きさ、計測基準の大きさ（Ｑ）のレーザー円を描くことができるのでそれとの比較によって他の大きさを計測できる。たとえば、図１の（Ｈ）のようにレーザー円の直径を１０ｍとしてカメラで撮影した時点で、大きさを知りたい物体（ル）は目盛りから分かるように１．５ｍの大きさであることが分かる。ドローンによる災害現場の調査時では、道路の亀裂規模、洪水によって流されてきた岩の大きさ、川の幅、地上にある実際の長さや物の大きさを一瞬にして計測可能である。図１の（Ｍ）のように、地上に描かれたレーザー円が河川や道路の幅にぴったりはまった場合、そのレーザー円の大きさが河川、道路の幅ということになり、飛行しながら連続して計測が可能である。

本考案のシステムの構成図及び実施例である。

Ａ：原理図
Ｂ：円形レーザーの原理図
Ｃ：本考案のサーボモーターに取り付けたレーザー発信器と円柱レンズ
Ｄ：飛行するドローンと安定飛行の為に照射される円錐形レーザー
Ｅ：サーボモーターで円柱レンズへのレーザー入射角度が大きく大きなレーザー円
Ｆ：サーボモーターで円柱レンズへのレーザー入射角度が小さく小さなレーザー円
Ｇ：円錐形の天頂角度Ｗ度と高度Ｐによるレーザー円の大きさＱとの関係（三平方の定理）
Ｈ：レーザーゲイジの実施例、レーザー円の直径Ｑを１０ｍで照射した場合、物体（ル）の大きさは目盛り１つが１ｍにより１．５ｍの大きさであることが確認できる。
Ｉ：ドローン高度Ｒ、Ｓ、Ｔの高度の関係Ｒ＞Ｓ＞Ｔという高度差が違う場合でも円錐形レーザーのＷ度を変え一定の直径Ｑのレーザー円を照射している。
Ｊ：低空飛行時のドローン、レーザーの円形が小さい。
Ｋ：中空飛行時のドローン、ＪとＬの中間の円形の大きさ
Ｌ：高度飛行時のドローン、レーザーの円形が大きい
Ｍ：ドローンから発する円錐形立体レーザー、照射されたレーザー円によってドローンが実際に飛行している遠近感を確実に認識可能である。
Ｐ：ドローンの高度（三角形の高さ）
Ｑ：レーザー円の直径（三角形の底辺）

（イ）レーザー発振器
（ロ）円柱レンズ
（ハ）スクリーン
（二）レーザー光線
（ホ）（ロ）の円柱レンズを通過後、変化したレーザー（横一本直線の光）
（ヘ）カメラ、レーザー円の大きさの認識、地上の撮影。
（ト）サーボモータによる回転部分、レーザー発信器（イ）の入射角を変える。
（チ）サーボモータユニット、ラジコンにより遠隔より自由に角度を変える。
（リ）ドローン本体
（ヌ）円錐形レーザー
（タ）レーザー距離計（高度計）

Claims

図１の（A）（Ｂ）のようにレーザー発生器（イ）と円柱レンズ（ロ）を組合わせた装置を用いて、（Ａ）のように円柱レンズ（ロ）にレーザーが直角の場合は直線（ホ）が描かれるが、（Ｂ）の（２）（３）（４）のように円柱レンズの角度を変えていくとレーザーの曲線が変化し最終的には（Ｂ）の（５）のように円を描く装置。
この原理により図１の（Ｃ）のようにラジコン装置で使われているサーボモーター（チ）の可動部（ト）にレーザー発振装置（イ）を取り付け、可動部（イ）が動くことで円柱レンズへのレーザー光線の入射角を自由に変えることができるようにして、図１の（Ｅ）、（Ｆ）のように入射角度の変化が、サーボモーターによってレーザー円の大きさを自由に変えられるようにし、他の物体に照射されたレーザー円の大きさをカメラ（ヘ）によりパターン認識し一定に保つことで、一定の高度及びある物体から一定の距離を保ちながら飛行できる装置
ドローンからレーザー円の底面までの高さＰを計し、円錐形レーザーの頂点の角度Ｗ度を計測できれば、地上のレーザー円の直径Ｑが正確に分かる。その照射されたレーザー円の大きさを特定の直径Ｑ（測定し安い基準直径）と比較することで、図１の（Ｈ）のように動画カメラで撮影された他のモノの大きさ、亀裂の幅や長さを計測できる装置。