JP2019159488A - 飛行制御装置、方法、プログラム、及び記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】無人飛行機を自由自在に操作し、かつ、安定的に飛行させるように制御できる飛行制御装置を提供する。【解決手段】位置方位検出部30が、位置計測センサ10によって計測されたマーカの各々の三次元座標と、予め設定されたUAV14の目標地12の目標点とに基づいて、マーカの各々の三次元座標の中点、中点からの目標点までの距離、及びグローバル座標系における目標点に対するマーカの各々の三次元座標を結んだ線分の方位角を算出する。速度制御部32が、目標点までの距離に基づいて、UAVの速度ベクトルを制御するための制御データを、中点及び目標点から定められた速度ベクトルとなるように更新する。飛行コマンド変換部34が、更新された制御データと、算出された方位角とに基づいて、UAVにおける、飛行指令データを算出し、算出した飛行指令データに基づいてUAVの運動を制御する。【選択図】図1
Description
本発明は、飛行制御装置、方法、プログラム、及び記憶媒体に係り、特に、無人飛行機を制御する飛行制御装置、方法、プログラム、及び記憶媒体に関する。
クアッドロータ型UAV(Unmanned Aerial Vehicle)は4つのプロペラを持ち、それぞれのプロペラに与える揚力を制御することにより飛行操縦する無人飛行機である。ドローンと呼ばれる無人飛行機の多くは、クアッドロータ型UAVの一種である。以降で扱う無人飛行機をUAVと略称する。
一般的に、UAVの姿勢を計測するために、図11に示すように機体にローカル座標系が設定される。UAVの前進方向をX軸、X軸と垂直な方向をY軸、重力とは逆方向をZ軸とする。
また、UAVの三次元位置を計測するため、図12に示すように、ある基準となるグローバル座標系を設定する。GPSでは世界座標系とした三次元座標となり、モーションキャプチャシステムではその計測座標系がグローバル座標系となる。UAVの重心すなわちUAVの位置(ローカル座標系の原点)はグローバル座標系の点P=(X,Y,Z)として表現する。また、UAVの姿勢はグローバル座標系に対するローカル座標系の回転角で表現し、X軸周りの回転はロール回転(回転角φ)、Y軸周りの回転はピッチ回転(回転角ω)、Z軸周りの回転はヨー回転(回転角θ)と呼ばれる。UAVの飛行運動は、4つのプロペラに与える揚力を変化させることにより、X軸周りの回転、Y軸周りの回転、Z軸周りの回転を発生させる。Y軸周りの回転はX軸方向の並進運動を生み出し、X軸周りの回転はY軸方向の並進運動を生み出す。Z軸周りの回転は方位の回転を生み出し、同じ揚力が同時に4つのプロペラに与えられたとき、その強弱によってZ軸方向の並進運動(高度の昇降)を生み出す。
グローバル座標系において所定の座標値(Xd,Yd,Zd)と方位θdが与えられたとき、UAVの現在位置P=(X,Y,Z)と現在方位θから、その所定の座標値の位置へ飛行して所定方位に機体を向けるためには、UAVの姿勢と高度を制御する必要がある。非特許文献1には、UAVの運動方程式と角運動方程式に基づいたバックステッピング制御が公開されている。非特許文献2では、AR Drone 2.0(市販の低価格なUAV)に関する飛行運動制御法が公開されている。従来技術の多くは、グローバル座標系における飛行の軌跡として離散的な所定位置と所定方位が与えられ、UAVが各点と各方位を追跡するようにその運動が制御される。
さらに、UAVには空間中を自由自在に飛行する能力があるため、人の代わりとなるロボットとして活躍することができる.非特許文献3では,UAVを人と協調作業するための道具として使われており、非特許文献4には、複数のUAVを使って空間中に網を張り、人とUAVがボールをやり取りする動作として複数のUAVの運動を制御する方法が公開されている。
T. Madani and A. Benallegue: "Backstepping Control for a Quadrotor Helicopter", IEEE Conference on Intelligent Robots and Systems, 2006.
L. V. Santana, A. S. Brandao, M. S-Filho, and R. Carelli: "A Trajectory Tracking and 3D Positioning Controller for the AR.Drone Quadrotor", International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS) May 27-30, 2014.
W. S. Ng and E. Sharlin: "Collocated Interaction with Flying Robots", IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication, 2011.
R. Ritz, M. W. Muller, M. Hehn, and R. D'Andrea: "Cooperative Quadrocopter Ball Throwing and Catching", IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2012.
UAVの飛行を自由自在に制御する課題は、大まかに3つに大別でき、ホバリング(hovering)、軌跡追跡(trajectory tracking)、パスフォロー(path following)と呼ばれる。ホバリングは、与えられた位置と方位に留まるよう飛行を維持する。軌跡追跡では、与えられた経路(空間中の離散的な三次元位置と方位)に沿ってリアルタイムに追跡するよう制御する。これに対して、パスフォローは、リアルタイム性は問わないが、与えられた空間中の三次元位置と方位において、何らかの空間中の拘束条件を与えて飛行を制御する。非特許文献1と非特許文献2によれば、軌跡追跡の課題に対して、所定の経路に従って飛行するように、UAVの飛行運動を適切に制御することができる。しかしながら、これらの技術は所定の経路に沿って目標地に到達することを目的とした制御であるため、UAVの安定した飛行が保証されていない。
これに対して、パスフォローは障害物あるいは人との衝突を避けるため、特定の場所を飛行しないように空間中に拘束条件を設定することができる。また、飛行運動中のトラブルを回避するため、UAVには多様なセンサやカメラが取り付けられている場合がある。例えば、超音波センサは地面あるいは床からの高度を計測し、ジャイロセンサと加速度センサによって機体の速度と姿勢を計測することができる。また、移動物体を検出しながら、空間中を自律的に飛行させることにカメラが利用されている。これらの機体から計測した空間情報や画像情報を使うことも考えられるが、大半のUAVに内蔵されているセンサの精度はミリ単位での正確な精度で計測できることを保証しておらず、別の手段を使って機体の正確な位置と方位を計測する必要がある。さらに、これらの技術も目標地に到達することを目的とした制御であるため、UAVの安定した飛行が保証されているものではなかった。
本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、無人飛行機を自由自在に操作し、かつ、安定的に飛行させるように制御できる飛行制御装置、方法、プログラム、及び記憶媒体を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、第1の発明に係る飛行制御装置は、UAV(Unmanned Aerial Vehicle)に付与され、かつ、マーカ間の距離が既知の複数のマーカの各々の三次元座標を計測する位置計測センサと、前記位置計測センサによって計測された前記マーカの各々の三次元座標と、予め設定された前記UAVの目標地の目標点とに基づいて、前記マーカの各々の三次元座標の中点、前記中点からの前記目標点までの距離、及びグローバル座標系における前記目標点に対する前記マーカの各々の三次元座標を結んだ線分の方位角を算出する位置方位検出部と、前記目標点までの距離に基づいて、前記UAVの速度ベクトルを制御するための制御データを、前記中点及び前記目標点から定められた速度ベクトルとなるように更新する速度制御部と、更新された前記制御データと、算出された前記方位角とに基づいて、前記UAVにおける、飛行指令データを算出し、算出した前記飛行指令データに基づいて前記UAVの運動を制御する飛行コマンド変換部と、を含んで構成されている。
第2の発明に係る飛行制御方法は、位置計測センサが、UAV(Unmanned Aerial Vehicle)に付与され、かつ、マーカ間の距離が既知の複数のマーカの各々の三次元座標を計測するステップと、位置方位検出部が、前記位置計測センサによって計測された前記マーカの各々の三次元座標と、予め設定された前記UAVの目標地の目標点とに基づいて、前記マーカの各々の三次元座標の中点、前記中点からの前記目標点までの距離、及びグローバル座標系における前記目標点に対する前記マーカの各々の三次元座標を結んだ線分の方位角を算出するステップと、速度制御部が、前記目標点までの距離に基づいて、前記UAVの速度ベクトルを制御するための制御データを、前記中点及び前記目標点から定められた速度ベクトルとなるように更新するステップと、飛行コマンド変換部が、更新された前記制御データと、算出された前記方位角とに基づいて、前記UAVにおける、飛行指令データを算出し、算出した前記飛行指令データに基づいて前記UAVの運動を制御するステップと、を含んで実行することを特徴とする。
第3の発明に係るプログラムは、コンピュータを、第1の発明に係る飛行制御装置の各部として機能させるためのプログラムである。
第4の発明に係る記憶媒体は、コンピュータを、第1の発明に係る飛行制御装置の各部として機能させるためのプログラムを格納する記憶媒体である。
本発明の飛行制御装置、方法、プログラム、及び記憶媒体によれば、位置計測センサによって計測されたマーカの各々の三次元座標と、予め設定されたUAVの目標地の目標点とに基づいて、マーカの各々の三次元座標の中点、中点からの目標点までの距離、及びグローバル座標系における目標点に対するマーカの各々の三次元座標を結んだ線分の方位角を算出し、目標点までの距離に基づいて、UAVの速度ベクトルを制御するための制御データを、中点及び目標点から定められた速度ベクトルとなるように更新し、更新された制御データと、算出された方位角とに基づいて、UAVにおける、飛行指令データを算出し、算出した飛行指令データに基づいてUAVの運動を制御することにより、無人飛行機を自由自在に操作し、かつ、安定的に飛行させるように制御できる、という効果が得られる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明の実施形態に係る手法は、UAVの飛行を自由自在に操作し、かつ、安定的にUAVを飛行させる、という課題を解決するものである。
<本発明の第1の実施形態に係る飛行制御装置の構成>
本発明の第1の実施形態に係るクアッドロータ型UAVの飛行制御装置の構成について説明する。本実施形態は1台のUAVの飛行速度を制御する形態である。図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る飛行制御装置100は、CPUと、RAMと、後述する飛行制御処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したROMと、を含むコンピュータで構成することが出来る。この飛行制御装置100は、機能的には図1に示すように位置計測センサ10と、演算部20と、通信部50とを備えている。この構成において、位置計測センサ10は必ずしも構成要素として接続している必要はなく、処理に必要なデータを取得すればよく、演算部20における位置方位検出部30、速度制御部32、及び飛行コマンド変換部34からそれぞれの矢印へのデータの流れは、ハードディスク、RAID装置、CD−ROMなどの記録媒体を利用する、または、ネットワークを介してリモートなデータ資源を利用する形態でもどちらでも構わない。
位置計測センサ10は、UAV14に付与され、かつ、マーカ間の距離が既知の複数のマーカ(点q1、及び点q2とする)との各々の三次元座標を計測データとして計測する。本実施形態では、位置計測センサ10の例として、モーションキャプチャ装置を利用する。UAV14の目標地12の目標点pの位置は飛行計画に応じて任意に設定し、UAV14には点q1、及び点q2の位置にセンシング用のマーカが取り付けられている.図2に示す状況において、位置計測センサ10はグローバル座標系において3次元座標を計測するようにセットアップされており、各マーカの3次元座標が、ある一定間隔で逐次計測される。本実施形態は、UAV14に取り付けたマーカ点q1とマーカ点q2の中点が目標点pに到達するまでに、UAV14を一定速度で飛行するようにその運動を制御する。なお、本実施形態では、マーカの数は2つとしたが、これに限定されるものではなく、3つ以上として、物体間の相対的な位置関係を求めるようにしてもよい。
演算部20は、位置計測センサ10によりグローバル座標系におけるUAV14の位置と方位を検出する位置方位検出部30と、位置と方位に基づき、UAV14の飛行速度を制御する速度制御部32と、使用するUAV14に応じて指令を送出するための飛行コマンド変換部34とを含んで構成されている。なお、位置方位検出部30、速度制御部32、及び飛行コマンド変換部34の具体的な処理内容は後述の作用の説明において説明する。
位置方位検出部30は、位置計測センサ10によって計測されたUAV14のマーカの点q1、及び点q2の三次元座標と、予め設定されたUAV14の目標地12の目標点pとに基づいて、マーカの点q1、及び点q2の三次元座標の中点q、中点qからの目標点pまでのベクトルTから求まる距離||T||、及びグローバル座標系における目標点pに対するマーカの点q1、及び点q2の中点qを三次元座標で結んだ線分の方位角θを算出する。
速度制御部32は、目標点pまでの距離に基づいて、UAV14の速度ベクトルを制御するための制御データuを、中点q及び目標点pから定められた速度ベクトルV0となるように更新する。
飛行コマンド変換部34は、更新された制御データuと、算出された方位角θとに基づいて、UAV14における、X軸周りの回転速度Vx、Y軸周りの回転速度Vy、Z軸に沿った速度Vz、及びZ軸周りの回転速度Vθを飛行指令データとして算出し、飛行指令データを通信部50を介してUAV14に送信することで、算出した飛行指令データに基づいてUAV14の運動を制御する。
<本発明の第1の実施形態に係る飛行制御装置の作用>
次に、本発明の第1の実施形態に係る飛行制御装置100の作用について説明する。UAV14のマーカの点q1、及び点q2の三次元座標の計測を開始すると、飛行制御装置100は、図3に示す飛行制御処理ルーチンを実行する。
まず、ステップS100では、位置方位検出部30が、位置計測センサ10によって計測されたUAV14のマーカの点q1、及び点q2の三次元座標と、予め設定されたUAV14の目標地12の目標点pとに基づいて、マーカの点q1、及び点q2の三次元座標の中点q、中点qからの目標点pまでのベクトルTから求まる距離||T||、及びグローバル座標系における目標点pに対するマーカの点q1、及び点q2の中点qを三次元座標で結んだ線分の方位角θを算出する。
次に、ステップS102では、速度制御部32が、目標点pまでの距離に基づいて、UAV14の速度ベクトルを制御するための制御データuを、中点q及び目標点pから定められた速度ベクトルV0となるように更新する。
ステップS104では、飛行コマンド変換部34が、更新された制御データuと、算出された方位角θとに基づいて、UAV14における、X軸周りの回転速度Vx、Y軸周りの回転速度Vy、Z軸に沿った速度Vz、及びZ軸周りの回転速度Vθを飛行指令データとして算出し、飛行指令データを通信部50を介してUAV14に送信することで、算出した飛行指令データに基づいてUAV14の運動を制御する。
次に、ステップS100の位置方位検出部30の位置方位検出処理の詳細について説明する。
図4は位置方位検出部30の処理のフロー図である。位置方位検出部30は処理を開始すると、ステップS1000で、グローバル座標系における目標地12の目標点pを設定する。目標点pは操作者が決定した任意の三次元座標でよい。
ステップS1002で、位置計測センサ10によって計測されたUAV14のマーカの点q1、及び点q2の三次元座標を取得する。
ステップS1004で、マーカの点q1及び点q2の中点qから目標点pまでの距離を算出する。中点qの座標は、q=(q1+q2)/2により計算する。位置計測センサ10で得た現在のUAV14の位置(中点q)と目標地12の目標点p間の距離を、ベクトルTから||T||=||p−q||の計算により求める。||・||はベクトルのノルム(大きさ)を表す。
ステップS1006で、グローバル座標系における目標点pに対するマーカの点q1、及び点q2の中点qを三次元座標で結んだ線分の方位角θを算出する。図5に、マーカの点q1、及び点q2、並びに、目標地12の目標点pをZw軸方向から視た位置と方位の関係を示す。位置方位検出部30では、マーカの点q1及び点q2の三次元座標の線分が、目標点pの線分に対して直交する線分となるように回転角(方位角θ)をベクトル内積の関係を用いて算出する。
ステップS1008では、位置方位検出の処理を停止するかを判定し、処理を停止する場合には位置方位検出部30の処理を終了し、終了しない場合にはステップS1000に戻って処理を繰り返す。なお、処理を停止する場合とは、ここでは操作者がUAV14の飛行制御を終了する場合とし、以下の処理においても同様である。
位置方位検出部30では、以上の処理により、中点qから目標点pまでの距離||T||、及び方位角θを算出する。
次に、ステップS102の速度制御部32の速度制御処理の詳細について説明する。
図6は速度制御部32の処理のフロー図である。速度制御部32は処理を開始すると、ステップS1100で、中点qから目標点pまでの距離||T||を取得する。
ステップS1102で、距離||T||が許容距離ΔL未満(||T||<ΔL)であるか否かを判定する。||T||<ΔLであればステップS1104へ移行する。||T||<ΔLでなく、||T||≧ΔLであれば運動を制御するためステップS1106へ移行する。
ステップS1104で、ホバリングにより飛行を維持するように制御する。
ステップS1106で、UAV14の速度ベクトルvを算出する。本実施形態では、位置計測センサ10によって点q1から点q2の三次元位置が入力として与えられるため、逐次、中点qが入力として与えられる。中点qを用いて、時間間隔Δtの間に中点qがベクトルmだけ移動したときの速度ベクトルv=m/Δtを算出する。
ステップS1108で、UAV14を、中点qから目標点pまでのベクトルTから求まる一定速度の速度ベクトルV0で飛行させるため制御データuを更新するか否かを判定する。中点qから目標点pまでのベクトルTから求まる一定速度の速度ベクトルVoと現在の速度ベクトルvとの絶対差分||V0−v||を求め、一定速度を満たすための許容誤差をΔvとする。このとき、||V0−v||>Δvのであるか否かを判定する。条件を満たす場合はステップS1110へ移行し、条件を満たさない場合は、ステップS1100へ移行する。
ステップS1110で、制御データuを更新する。制御データuは
により更新する。
はフィードバック制御におけるゲインパラメータであり、ユーザが状況に応じて設定する。更新された制御データuは、飛行コマンド変換部34に出力する。
ステップS1112では、速度制御の処理を停止するかを判定し、処理を停止する場合には速度制御部32の処理を終了し、終了しない場合にはステップS1100に戻って処理を繰り返す。
以上の処理によって、速度制御部32は、||T||<ΔL、かつ、||V0−v||≦Δvになるまで,フィードバック制御によって制御データuを更新する。
次に、ステップS104の飛行コマンド変換部34の飛行コマンド変換処理の詳細について説明する。
飛行コマンド変換部34の処理により、速度制御部32より与えられる制御データuと位置方位検出部30で得た方位θを、使用するUAV14に応じて飛行コマンドの飛行指令データへ変換して通信部50から無線経由で指令する。UAV14への飛行コマンドには様々なデータ形式が存在するが、本実施形態では、市販製品のAR Drone 2.0を例にした場合を示す。ただし、それ以外のUAV14の飛行を制御する場合にも、本実施形態を利用できることはもちろんである。
図7は飛行コマンド変換部34の処理のフロー図である。飛行コマンド変換部34は処理を開始すると、ステップS1200で、更新された制御データuと、算出された方位角θとの入力を受け付ける。
ステップS1202で、制御データuと、方位角θとを、UAV14へ送信するための飛行指令データへ変換する。UAV14への飛行指令データは、機体に設定されたx軸周りの回転速度Vx、y軸周りの回転速度Vy、Z軸に沿った速度Vzと、Z軸周りの回転速度Vθになる。制御データuがu=(ux,uy,uz)と与えられるとする。UAV14では、x軸周りの回転がy軸の並進運動を生み出し、y軸周りの回転がx軸の並進運動を生み出するため、本処理では、UAV14に与える飛行指令データを以下(1)〜(4)式により変換する。
係数αx、αy、αz、αθはAR Drone 2.0が扱うことができる変換係数であり、パラメータとしてユーザが決めてよく、例えば、αx=αy=αz=αθ=0.1と与える。
ステップS1204で、通信部50を介して無線通信により(1)〜(4)式で算出した飛行指令データをUAV14へ送信する。
ステップS1206で、飛行コマンド変換の処理を停止するかを判定し、処理を停止する場合には飛行コマンド変換部34の処理を終了し、終了しない場合にはステップS1200に戻って処理を繰り返す。
以上により、本実施形態は、位置計測センサ10によってUAV14の位置と方位を算出し、目的地に向かって所定速度で飛行するように、UAV14の飛行運動を制御することができる。なお、目的地の座標を連続的に設定することにより、UAV14の飛行ナビゲーションを実現することができる。
以上説明したように、第1の発明の実施形態に係る飛行制御装置によれば、位置計測センサによって計測されたマーカの各々の三次元座標と、予め設定されたUAV14の目標地12の目標点とに基づいて、マーカの各々の三次元座標の中点、中点からの目標点までの距離、及びグローバル座標系における目標点に対するマーカの各々の三次元座標を結んだ線分の方位角を算出し、目標点までの距離に基づいて、UAVの速度ベクトルを制御するための制御データを、中点及び目標点から定められた速度ベクトルとなるように更新し、更新された制御データと、算出された方位角とに基づいて、UAVにおける、飛行指令データを算出し、算出した飛行指令データに基づいてUAVの運動を制御することにより、無人飛行機を自由自在に操作し、かつ、安定的に飛行させるように制御できる。
<本発明の第2の実施形態に係る飛行制御装置の構成及び作用>
本発明の第2の実施形態は、上記図2の構成において、UAV14の制限速度をV0に固定するのでなく、任意の制限速度が与えられたときに、所定の速度で飛行するようUAV14を加速又は減速させて制御する場合の例である。なお、第1の実施形態と同様となる箇所には同一符号を付して説明を省略する。
図8に、本実施形態の手法により制御されたUAV14の飛行速度を示す。横軸は時間tであり、縦軸は速度vである。図8の左図は、加速した場合(||V0||<||V1||)であり、図8の右図は、減速した場合(||V0||>||V1||)である。なお、制限速度の入力として、時系列に制限速度を与えてよい。あるいは、距離||T||の大きさに応じて、ある一定距離に離れた場合は加速させ、ある一定距離以内になったときに減速させるようにしてもよい。
図9は本実施形態の速度制御部32の速度制御処理のフロー図である。
ステップS1102で||T||≧ΔLと判定されると、ステップS2100で、所定の制限速度の入力があるか否かを判定する。制限速度の入力がある場合には、ステップS2102へ移行する。制限速度の入力がある場合には、ステップS2104へ移行する。
ステップS2102で、制限速度の入力に基づいて、Vt−1の速度に対して加速、又は減速するように、制限速度と中点qから目標点pまでのベクトルTとから定まる速度ベクトルVtを設定する。ここでは、Vt−1の速度に対し制限速度が速ければ加速させるようにVtを設定し、Vt−1の速度に対し制限速度が遅ければ減速させるようにVtを設定する。
ステップS2104で、UAV14の速度ベクトルvを算出する。算出方法はステップS1106と同様である。
ステップS2106で、UAV14を、ステップS2102で設定した制限速度の速度ベクトルVtで飛行させるため制御データuを更新する。任意の速度の速度ベクトルVtと現在の速度ベクトルvとの絶対差分||Vt−v||を求め、任意の速度を満たすための許容誤差をΔvとして、||Vt−v||>Δvのであるか否かを判定する。条件を満たす場合はステップS2108へ移行し、条件を満たさない場合は、ステップS1104へ移行する。
ステップS2108で、制御データuを更新する。制御データuは
により更新する。
以上のようにして本実施形態では、加速又は減速の制限速度の入力に応じて任意の速度となるようにUAV14の飛行を制御する。
<本発明の第3の実施形態に係る飛行制御装置の構成及び作用>
本発明の第3の実施形態は、上記図2の構成において、N台のUAV14の飛行を同時に制御する例である。図10に、UAV14#1を先頭にしてN台のUAV14が編成を組んで飛行する状況を示す。それぞれのUAV14には位置計測センサ10で検出可能な2つのマーカが設置されている。UAV14#1の点A1と点B1の中点が第1の実施形態の目標点pに対応するものとし、UAV14#2の点A2と点B2の中点が第1の実施形態の点q1と点q2に対応するものとする。以下、N台目のUAV14の中点をq、N−1台目のUAV14の目標点をpとして説明する。各UAV14が互いに衝突しないように、第1の実施形態と同様に速度制御部32において、ΔL=Lと与えて、UAV14間の距離をLとするようにUAV14#2の運動を制御する。
この割り当てにより、第1の実施形態1と同様に、UAV14#1の点A1と点B1の中点座標と距離Lの設定に従って、UAV14#2の点A2と点B2の位置と方位、並びにUAV#2の速度が制御される。
同様にして、UAV14#Nの点ANと点BNを実施形態1の点q1と点q2に対応させ、目標点pについては、1つ前を飛行するUAV14#N−1の点AN−1と点BN−1の中点を目標点pとすることにより、UAV14#Nの位置、方位、並びに速度を制御する。
本実施形態において、一定速度で飛行させるように複数のUAV14の運動を同時に制御することができる。本実施形態により、UAV14#1を先頭にしてN台のUAV14の編成飛行を可能とする。
本実施形態の位置方位検出部30、速度制御部32、及び飛行コマンド変換部34は1台目のUAV14について上記第1の実施形態と同様に処理を行う。以下、2台目以降のUUAV14について以下の処理を行う。
本実施形態の位置方位検出部30は、位置計測センサ10によって計測されたN台目のマーカの各々の三次元座標と、予め求められたN−1台目のUAV14の中点とに基づいて、N台目のUAV14のマーカの各々の三次元座標の中点、中点からN−1台目のUAV14の中点である目標点pまでの距離||T||、及びグローバル座標系におけるN−1台目のUAV14の中点である目標点pに対するN台目のUAV14のマーカの各々の三次元座標を結んだ線分の方位角θを算出する。
速度制御部32は、N台目のUAV14の中点qに対するN−1台目のUAV14の目標点pまでの距離に基づいて、N台目のUAV14に対する制御データuを、中点q及び目標点pから定められた速度ベクトルV0となるように更新する。
飛行コマンド変換部34は、N台目のUAV14について更新された制御データuと、N台目のUAV14について算出された方位角θとに基づいて、N台目のUAV14における、飛行指令データを算出し、算出した飛行指令データに基づいてN台目のUAV14の運動を制御する。
なお、本実施形態の速度制御部32において、速度ベクトルV0とするのではなく、第2の実施形態のように、速度ベクトルVtとして加速又は減速による制限速度を与えて制御するようにしてもよい。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
10 位置計測センサ
12 目標地
14 UAV
20 演算部
30 位置方位検出部
32 速度制御部
34 飛行コマンド変換部
50 通信部
100 飛行制御装置
12 目標地
14 UAV
20 演算部
30 位置方位検出部
32 速度制御部
34 飛行コマンド変換部
50 通信部
100 飛行制御装置
Claims (8)
- UAV(Unmanned Aerial Vehicle)に付与され、かつ、マーカ間の距離が既知の複数のマーカの各々の三次元座標を計測する位置計測センサと、
前記位置計測センサによって計測された前記マーカの各々の三次元座標と、予め設定された前記UAVの目標地の目標点とに基づいて、前記マーカの各々の三次元座標の中点、前記中点からの前記目標点までの距離、及びグローバル座標系における前記目標点に対する前記マーカの各々の三次元座標を結んだ線分の方位角を算出する位置方位検出部と、
前記目標点までの距離に基づいて、前記UAVの速度ベクトルを制御するための制御データを、前記中点及び前記目標点から定められた速度ベクトルとなるように更新する速度制御部と、
更新された前記制御データと、算出された前記方位角とに基づいて、前記UAVにおける、飛行指令データを算出し、算出した前記飛行指令データに基づいて前記UAVの運動を制御する飛行コマンド変換部と、
を含む飛行制御装置。 - 前記速度制御部は、前記中点及び前記目標点から定められた速度ベクトルを一定とし、あるいは、前記中点及び前記目標点から定められた速度ベクトルを加速又は減速させた任意の速度ベクトルとして、前記制御データを更新する請求項1に記載の飛行制御装置。
- 前記UAVをN台のUAVとし、N−1台目のUAVの中点をN台目のUAVの前記目標点とし、
前記位置方位検出部は、前記位置計測センサによって計測された前記N台目の前記マーカの各々の三次元座標と、予め求められた前記N−1台目の前記UAVの中点とに基づいて、前記N台目の前記UAVの前記マーカの各々の三次元座標の中点、前記中点からN−1台目のUAVの中点である前記目標点までの距離、及びグローバル座標系におけるN−1台目のUAVの中点である前記目標点に対する前記N台目の前記UAVの前記マーカの各々の三次元座標を結んだ線分の方位角を算出し、
前記速度制御部は、前記N台目の前記UAVの前記中点に対する前記目標点までの距離に基づいて、前記N台目の前記UAVに対する前記制御データを、前記中点及び前記目標点から定められた速度ベクトルとなるように更新し、
前記飛行コマンド変換部は、前記N台目のUAVについて更新された前記制御データと、前記N台目のUAVについて算出された前記方位角とに基づいて、前記N台目の前記UAVにおける、飛行指令データを算出し、算出した前記飛行指令データに基づいて前記N台目の前記UAVの運動を制御する請求項1又は請求項2に記載の飛行制御装置。 - 位置計測センサが、UAV(Unmanned Aerial Vehicle)に付与され、かつ、マーカ間の距離が既知の複数のマーカの各々の三次元座標を計測するステップと、
位置方位検出部が、前記位置計測センサによって計測された前記マーカの各々の三次元座標と、予め設定された前記UAVの目標地の目標点とに基づいて、前記マーカの各々の三次元座標の中点、前記中点からの前記目標点までの距離、及びグローバル座標系における前記目標点に対する前記マーカの各々の三次元座標を結んだ線分の方位角を算出するステップと、
速度制御部が、前記目標点までの距離に基づいて、前記UAVの速度ベクトルを制御するための制御データを、前記中点及び前記目標点から定められた速度ベクトルとなるように更新するステップと、
飛行コマンド変換部が、更新された前記制御データと、算出された前記方位角とに基づいて、前記UAVにおける、飛行指令データを算出し、算出した前記飛行指令データに基づいて前記UAVの運動を制御するステップと、
を含む飛行制御方法。 - 前記速度制御部が更新するステップは、前記中点及び前記目標点から定められた速度ベクトルを一定とし、あるいは、前記中点及び前記目標点から定められた速度ベクトルを加速又は減速させた任意の速度ベクトルとして、前記制御データを更新する請求項4に記載の飛行制御方法。
- 前記UAVをN台のUAVとし、N−1台目のUAVの中点をN台目のUAVの前記目標点とし、
前記位置方位検出部が算出するステップは、前記位置計測センサによって計測された前記N台目の前記マーカの各々の三次元座標と、予め求められた前記N−1台目の前記UAVの中点とに基づいて、前記N台目の前記UAVの前記マーカの各々の三次元座標の中点、前記中点からN−1台目のUAVの中点である前記目標点までの距離、及びグローバル座標系におけるN−1台目のUAVの中点である前記目標点に対する前記N台目の前記UAVの前記マーカの各々の三次元座標を結んだ線分の方位角を算出し、
前記速度制御部が更新するステップは、前記N台目の前記UAVの前記中点に対する前記目標点までの距離に基づいて、前記N台目の前記UAVに対する前記制御データを、前記中点及び前記目標点から定められた速度ベクトルとなるように更新し、
前記飛行コマンド変換部が制御するステップは、前記N台目のUAVについて更新された前記制御データと、前記N台目のUAVについて算出された前記方位角とに基づいて、前記N台目の前記UAVにおける、飛行指令データを算出し、算出した前記飛行指令データに基づいて前記N台目の前記UAVの運動を制御する請求項4又は請求項5に記載の飛行制御方法。 - コンピュータを、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の飛行制御装置の各部として機能させるためのプログラム。
- コンピュータを、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の飛行制御装置の各部として機能させるためのプログラムを格納する記憶媒体。
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