JP2020023283A - 飛行制御装置、方法、及びプログラム - Google Patents
飛行制御装置、方法、及びプログラム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020023283A JP2020023283A JP2018149467A JP2018149467A JP2020023283A JP 2020023283 A JP2020023283 A JP 2020023283A JP 2018149467 A JP2018149467 A JP 2018149467A JP 2018149467 A JP2018149467 A JP 2018149467A JP 2020023283 A JP2020023283 A JP 2020023283A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- uav
- follower
- leader
- flight
- formation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 73
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 52
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 168
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 49
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 35
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 31
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 147
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 66
- 230000008569 process Effects 0.000 description 58
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 18
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 18
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
- G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
- G05D1/104—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft involving a plurality of aircrafts, e.g. formation flying
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C13/00—Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
- B64C13/02—Initiating means
- B64C13/16—Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors
- B64C13/18—Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors using automatic pilot
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C19/00—Aircraft control not otherwise provided for
- B64C19/02—Conjoint controls
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U10/00—Type of UAV
- B64U10/10—Rotorcrafts
- B64U10/13—Flying platforms
- B64U10/14—Flying platforms with four distinct rotor axes, e.g. quadcopters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
【課題】複数台のUAVが編隊を組んで全方位を監視しながら円滑かつ安定的に飛行させるように制御することができる。【解決手段】一つ以上のフォロワーUAVについて、リーダーUAVの方位角とフォロワーUAVの方位角の角度の差を算出し、算出した角度の差が、予め定められたリーダーUAVに対するフォロワーUAVの角度の許容値を満たさない場合、許容値を満たす角度となるように、フォロワーUAVの方位角を更新し、フォロワーUAVの目標点までのベクトル、及び更新又は算出された方位角から求まる距離に基づいて、第2制御データを更新し、算出した飛行指令データに基づいてリーダーUAVの運動を制御し、第2制御データと、更新、又は算出された方位角とに基づいて、フォロワー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フォロワー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、及びプログラムに係り、特に、無人飛行機を制御する飛行制御装置、方法、及びプログラムに関する。
UAV(Unmanned Aerial Vehicle)は複数のロータで駆動するプロペラを持ち、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UAVの一種である。通常、4つのプロペラを持つクアッドロータ型UAVが利用されている。以降で扱う無人飛行機をクアッドロータ型UAVとし、その名称を単にUAVと略称する。
一般的に、UAVの姿勢を計測するために、図17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18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Xw,Yw,Zw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)と現在方位から、その所定位置へ飛行して所定方位に機体を向けるためには、UAVの姿勢と位置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(市販の低価格なクアッドロータ型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。一方、複数台のUAVを使った編隊飛行はより広域な視点からのパトロール、レスキュー、運搬などを提供することができる。複数台のUAVを使った編隊飛行では、作業ミッションに応じてそれぞれのUAVの位置と姿勢を制御する必要があり、非特許文献3では、線形モデル予測制御(Linear Model Predictive Control)を利用した編隊飛行制御が公開されている。
単体UAVの飛行運動制御に関する先行技術は非特許文献1と非特許文献2に、複数台のUAVを使った編隊飛行制御は非特許文献3において公知となっている。
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.
M. Iskandarani, S. N. Givigi, G. Fusina, and A. Beaulieu: "Unmanned Aerial Vehicle Formation Flying using Linear Model Predictive Control", 2014 8th Annual IEEE Systems Conference(SysCon), 2014.
複数台のUAVを使った編隊飛行の例を図19に示す。一般的には、リーダー・フォロワー編隊(leader-follower formation)により飛行する。飛行全体を指導するリーダー役のUAVに対して、フォロワー役のUAVが追従して飛行する。トレイルとはリーダーのUAVを先頭にフォロワーのUAVが縦一列に並んで飛行し、アブレストとはリーダーのUAVを中心にフォロワーのUAVが横一列に並んで飛行する。これに対して、デルタではリーダーのUAVを先頭にフォロワーのUAVが三角形を形成するように追従して飛行する。
図19の例では、各UAVは進行方向に沿って飛行するため機体の頭(鼻先)は進行方向を向いている。市販のUAVには先頭部分にカメラが取り付けられているものが多く、このカメラを使って前方のシーンを撮像することができる。UAVを使った遠隔パトロールは、先頭部分のカメラで取得した映像を監視することになる。説明の便宜上、全てのUAVは同じ画角のカメラで映像を取得するものとする。例えば、トレイル型編隊飛行では同一方向のカメラ映像を監視するため、リーダーUAVはオクルージョンのない前方映像を取得し、フォロワーUAVは前方のUAVが映り込んだ前方の映像を取得する。この編隊では一列に飛行するため、前方のリーダーUAVが映り込む以外はほぼ重複した時系列画像を取得する。これに対して、アブレスト型編隊飛行では全てのUAVのカメラ映像には他の機体が映り込まず、隣のUAVとの距離によって画面の左右部分が一部重複した時系列画像が得られる。重複箇所を使って画像を合成すれば前方の広視野画像、すなわち前方のパノラマ画像が得られる。また、デルタ型編隊飛行ではリーダーUAVはオクルージョンのない前方映像を取得する。フォロワーUAVの映像はリーダーUAVが映り込むが、隣のUAVとの距離によって画面の左右部分が一部重複した時系列画像が得られる。リーダーUAVが映り込んだ重複箇所を手掛かりに、それらの画像を合成すれば前方のパノラマ画像が得られる。
図19の編隊飛行では、全てのUAVは進行方向にカメラを向けて飛行するため、編隊飛行の周囲を一度に監視することができない。例えば、左右方向と後方から障害物、人、並びに別のUAVが接近した場合には時系列画像においてそれらの接近を見落すことになる。非特許文献3では図19に示した編隊飛行を制御する方法が公開されているが、あくまで現在地から目的地までの編隊飛行を目的としており、全方位監視などのパトロールを課題とする解決策ではない。
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、複数台のUAVが編隊を組んで全方位を監視しながら円滑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、及びプログラム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、複数のUAV(Unmanned Aerial Vehicle)の編隊飛行を制御し、前記編隊飛行を先導するリーダーUAVと前記リーダーUAVに従って編隊を形成する一つ以上のフォロワーUAVを制御する飛行制御装置であって、前記リーダーUAVと前記一つ以上のフォロワーUAVとに付与され、かつ、マーカー間の距離が既知の複数のマーカー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リーダーUAVの前記マーカーの各々の三次元座標と、予め設定された前記リーダーUAVの目標地である第1の目標点とに基づいて、前記リーダーUAVの現在位置と、前記第1の目標点までのベクトルと、前記第1の目標点に対する方位角を算出するリーダー位置検出部と、前記リーダーUAVの前記第1の目標点までのベクトルに基づいて、前記リーダーUAVの位置を制御するための第1制御データを更新するリーダー位置制御部と、前記リーダーUAVについて更新された前記第1制御データと、前記リーダーUAVについて算出された前記方位角とに基づいて、前記リーダー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リーダーUAVの運動を制御する第1の飛行コマンド変換部と、前記一つ以上のフォロワーUAVについて、前記位置計測センサによって計測された前記フォロワーUAVの前記マーカーの各々の三次元座標と、編隊によって定まる前記フォロワーUAVの第2の目標点とに基づいて、前記フォロワーUAVの現在位置と、前記第2の目標点までのベクトルと、前記第2の目標点に対する方位角とを算出するフォロワー位置検出部と、前記一つ以上のフォロワーUAVについて、前記リーダーUAVの方位角と前記フォロワーUAVの方位角の差と、前記フォロワーUAVによって定まる所定の角度との差分が、予め定められた許容角度を満たすように、前記フォロワーUAVの方位角を更新し、前記フォロワーUAVの前記第2の目標点までのベクトル、及び前記更新した前記方位角に基づいて、前記フォロワーUAVの位置を制御するための第2制御データを更新するフォーメーション制御部と、前記一つ以上のフォロワーUAVについて、前記フォロワーUAVについて更新された前記第2制御データと、前記フォロワーUAVについて前記更新した前記方位角とに基づいて、前記フォロワー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フォロワーUAVの運動を制御する第2の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、複数のUAV(Unmanned Aerial Vehicle)の編隊飛行を制御し、前記編隊飛行を先導するリーダーUAVと前記リーダーUAVに従って編隊を形成する一つ以上のフォロワーUAVを制御する飛行制御装置における飛行制御方法であって、位置計測センサが、前記リーダーUAVと前記一つ以上のフォロワーUAVとに付与され、かつ、マーカー間の距離が既知の複数のマーカーの各々の三次元座標を計測するステップと、リーダー位置検出部が、前記位置計測センサによって計測された前記リーダーUAVの前記マーカーの各々の三次元座標と、予め設定された前記リーダーUAVの目標地である第1の目標点とに基づいて、前記リーダーUAVの現在位置と、前記第1の目標点までのベクトルと、前記第1の目標点に対する方位角を算出するステップと、リーダー位置制御部が、前記リーダーUAVの前記第1の目標点までのベクトルに基づいて、前記リーダーUAVの位置を制御するための第1制御データを更新するステップと、第1の飛行コマンド変換部が、前記リーダーUAVについて更新された前記第1制御データと、前記リーダーUAVについて算出された前記方位角とに基づいて、前記リーダー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リーダーUAVの運動を制御するステップと、フォロワー位置検出部が、前記一つ以上のフォロワーUAVについて、前記位置計測センサによって計測された前記フォロワーUAVの前記マーカーの各々の三次元座標と、編隊によって定まる前記フォロワーUAVの第2の目標点とに基づいて、前記フォロワーUAVの現在位置と、前記第2の目標点までのベクトルと、前記第2の目標点に対する方位角とを算出するステップと、フォーメーション制御部が、前記一つ以上のフォロワーUAVについて、前記リーダーUAVの方位角と前記フォロワーUAVの方位角の差と、前記フォロワーUAVによって定まる所定の角度との差分が、予め定められた許容角度を満たすように、前記フォロワーUAVの方位角を更新し、前記フォロワーUAVの前記第2の目標点までのベクトル、及び前記更新した前記方位角に基づいて、前記フォロワーUAVの位置を制御するための第2制御データを更新するステップと、第2の飛行コマンド変換部が、前記一つ以上のフォロワーUAVについて、前記フォロワーUAVについて更新した前記第2制御データと、前記フォロワーUAVについて前記更新、又は前記算出された前記方位角とに基づいて、前記フォロワー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フォロワー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である。
本発明の飛行制御装置、方法、及びプログラムによれば、リーダーUAVの方位角とすべてのフォロワーUAVの方位角とで全周を等分するように制御するため、複数台のUAVが編隊を組んで全方位を監視しながら円滑かつ安定的に飛行させるように制御することができる、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の形態を詳細に説明する。本発明の実施の形態に係る手法は、互いに衝突しないように各UAVへ3次元位置と方位を示す飛行指令を適切に出すことにより、編隊を組んだままで周囲のカメラ映像を取得し、全方位の監視を可能とする。さらに、ユーザの意図で各UAVを制御することにより、人を取り巻く実環境において、人の単独行動では実現不可能な作業を複数のUAVが支援する、あるいは協調作業することを可能とする。
<本発明の第1の実施の形態に係る飛行制御装置の構成>
本発明の第1の実施の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。本実施の形態は複数台のUAVによる編隊飛行を制御して全方位のカメラ映像を取得する形態であり、リーダーUAVとフォロワーUAVとの2台とする場合を例に説明する。
本発明の第1の実施の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。本実施の形態は複数台のUAVによる編隊飛行を制御して全方位のカメラ映像を取得する形態であり、リーダーUAVとフォロワーUAVとの2台とする場合を例に説明する。
図1に示すように、本発明の第1の実施の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におけるリーダー位置検出部30、リーダー位置制御部32、第1の飛行コマンド変換部34、第2の飛行コマンド変換部35、フォロワー位置検出部40、フォーメーション制御部42、カメラ映像監視部44、及び映像DB46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、各UAVに付与され、かつ、マーカー間の距離が既知の複数のマーカーの各々の三次元座標を計測データとして計測する。一般的に、モーションキャプチャ装置は、所定のマーカーの3次元座標をリアルタイムで高精度に計測できることが知られている。本実施の形態では、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。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UAVに付与された各マーカーの3次元座標が、ある一定間隔で逐次計測される。目標地は点pで示されており、その座標値は飛行計画に応じて任意に設定する。以降では、2台のUAVによる編隊飛行制御の例を説明するが、3台以上のUAVを利用する場合にも本発明の実施の形態の手法を容易に拡張することができることは言うまでもない。
リーダーUAV14には点a、点b、点c、並びに点dの位置にセンシング用のマーカーが取り付けられている。点aと点bとを結ぶ第1線分が点cと点dとを結ぶ第2線分と点eの位置で直交しているとする。点eの位置は、線分が直交する条件を満たせばよく、各線分の中点である必要はない。リーダーUAV14のカメラは、点dから点cの方向の向きに設置されている。フォロワーUAV15#1には点a1、点b1、点c1、及び点d1にセンシング用のマーカーが取り付けられている。点a1と点b1とを結ぶ第1線分が点c1と点d1とを結ぶ第2線分と点e1の位置で直交しているとする。フォロワーUAV15#1のカメラは、点d1から点c1の方向の向きに設置されている。なお、フォロワーUAV15#2が存在する場合には、同様に、フォロワーUAV15#2には点a2、点b2、点c2、並びに点d2の位置にセンシング用のマーカーが取り付けられているものとする。点a2と点b2とを結ぶ第1線分が点c2と点d2とを結ぶ第2線分と点e2の位置で直交しているとする。フォロワーUAV15#2のカメラは、点d2から点c2の方向の向きに設置されている。フォロワーUAV15#1、#2において、点e1と点e2の位置は、線分が直交する条件を満たせばよく、各線分の中点である必要はない。
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リーダーUAV14の位置を検出するリーダー位置検出部30と、所定の経路に沿ってリーダーUAV14の飛行を制御するリーダー位置制御部32と、リーダーUAV14に指令データを送出するための第1の飛行コマンド変換部34と、フォロワーUAV15に指令データを送出するための第2の飛行コマンド変換部35と、位置計測センサ10によりグローバル座標系におけるフォロワーUAV15の位置を検出するフォロワー位置検出部40と、リーダーUAV14の位置、及びフォロワーUAV15の方位角に基づいてフォロワーUAV15の飛行を制御するフォーメーション制御部42と、各UAVからカメラにより撮影した映像を取得する命令及び映像を映像DB46に転送する命令を送出するカメラ映像監視部44と、映像DB46とを含んで構成されている。なお各処理部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。
リーダー位置検出部30は、位置計測センサ10によって計測されたリーダーUAV14のマーカーの点a、点b、点c、及び点d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、リーダーUAV14の現在位置e、現在位置eからの目標点pまでのベクトルT、及び目標点pに対する方位角θを算出する。現在位置eは、マーカーの点a、点bの三次元座標を結ぶ第1線分及び点c、点dを結ぶ第2線分の交点eである。方位角θは、グローバル座標系における目標点pに対するマーカーの点a、点bの三次元座標を結んだ第1線分の方位角である。なお、目標点pが第1の目標点の一例であり、方位角θが第1の目標点に対する方位角の一例である。
リーダー位置制御部32は、リーダーUAV14の目標点pまでのベクトルTから求まる距離||T||に基づいて、リーダーUAV14の位置を制御するための第1制御データuを更新する。また、リーダー位置制御部32は、リーダーUAV14について、目標点pに対する予め定められた許容距離ΔLを満たす場合に、編隊完了通知をカメラ映像監視部44に送信する。
第1の飛行コマンド変換部34は、リーダーUAV14について、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、リーダー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を介してリーダー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リーダーUAV14の運動を制御する。
フォロワー位置検出部40は、一つ以上のフォロワーUAV15#iについて、位置計測センサ10によって計測されたフォロワーUAV15#iのマーカーの各々の三次元座標と、編隊によって定まるフォロワーUAV15#iの目標点piとに基づいて、フォロワーUAV15#iについて、フォロワーUAV15#iの現在位置ei、現在位置eiからの目標点piまでのベクトルTi、及び目標点piに対する方位角θiを算出する。現在位置eiは、マーカーの点ai、点biの三次元座標を結ぶ第1線分及び点ci、点diを結ぶ第2線分の交点eiである。方位角θiは、グローバル座標系における目標点piに対するマーカーの点ai、点biの三次元座標を結んだ第1線分の方位角である。なお、目標点piが第2の目標点の一例であり、方位角θiが第2の目標点に対する方位角の一例である。
フォーメーション制御部42は、一つ以上のフォロワーUAV15#iについて、フォロワーUAV15#iの位置を制御するための第2制御データuiを更新するが、条件に応じて処理が異なる。リーダーUAV14の方位角とフォロワーUAV15#iの方位角の差と、フォロワーUAV15#iによって定まる所定の角度との差分を算出し、算出した差分が、予め定められたリーダーUAV14に対するフォロワーUAV15#iの角度の許容角度Δθを満たすか否かに応じて、以下のように処理する。
差分が、許容角度Δθを満たさない場合には、許容角度Δθを満たす角度となるように、フォロワーUAV15#iの方位角θiを更新し、フォロワーUAV15#iの目標点piまでのベクトルTi’、及び更新された方位角θiから求まる距離||Ti’||に基づいて、フォロワーUAV15#iの位置を制御するための第2制御データuiを更新する。差分が、許容角度Δθを満たす場合には、フォロワーUAV15#iの目標点piまでのベクトルTi’、及び算出された方位角θiから求まる距離||Ti’||に基づいて、第2制御データuiを更新する。また、フォーメーション制御部42は、フォロワーUAV15#iについて、目標点piに対する予め定められた許容距離ΔLを満たす場合に、編隊完了通知をカメラ映像監視部44に送信する。このように、フォーメーション制御部42は、リーダーUAV14の方位角とすべてのフォロワーUAV15#iの更新後の方位角(又は算出した方位角)とで全周を等分するように、フォロワーUAV#iの方位角を更新する。
第2の飛行コマンド変換部35は、一つ以上のフォロワーUAV15#i(本実施の形態では、i=1のみの場合を例に説明する。)について、後述するフォーメーション制御部42で更新された制御データuiと、更新又は算出された方位角θiとに基づいて、フォロワーUAV15#i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を介してフォロワーUAV15#iに送信することで、算出した飛行指令データに基づいてフォロワーUAV15#iの運動を制御する。
カメラ映像監視部44は、リーダーUAV14、及び一つ以上のフォロワーUAV15#iの編隊完了通知のすべてを受信した場合に、リーダーUAV14、及び一つ以上のフォロワーUAV15#iのカメラにより映像を取得するように制御する。
通信部50は、飛行指令データをリーダーUAV14、及び一つ以上のフォロワーUAV15#iに送信する。また、通信部50は、カメラ映像監視部44からの取得の命令に応じてリーダーUAV14、及び一つ以上のフォロワーUAV15#iにカメラの映像を取得する命令を通知する。また、通信部50は、カメラ映像監視部44からの転送の命令により各UAVについて取得した映像を映像DB46に格納する。映像DB46はオペレータが操作するメインサーバーと接続されている(図示省略)。各UAVから映像DB46への転送は無線を利用して映像を送信する。あるいは各UAV内部のメモリに一時保存しておき、適宜、オペレータの指示または一定間隔をおいて無線経由で映像を送信してもよい。
<本発明の第1の実施の形態に係る飛行制御装置の作用>
次に、本発明の第1の実施の形態に係る飛行制御装置100の作用について説明する。
次に、本発明の第1の実施の形態に係る飛行制御装置100の作用について説明する。
リーダーUAV14及び一つ以上のフォロワーUAV15の各々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。なお、飛行制御処理ルーチンは、各ステップの詳細において説明するようにステップごとに独立して処理を繰り返しているものとする。
まず、ステップS100では、リーダー位置検出部30は、位置計測センサ10によって計測されたリーダーUAV14のマーカーの点a、点b、点c、及び点dの三次元座標と、予め設定されたリーダーUAV14の目標地12の目標点pとに基づいて、マーカーの点a、点bの三次元座標を結ぶ第1線分及び点c、点dを結ぶ第2線分の交点e、交点eからの目標点pまでのベクトルT、及びグローバル座標系における目標点pに対するマーカーの点a、点bの三次元座標を結んだ第1線分の方位角θを算出する。
次に、ステップS102では、リーダー位置制御部32は、リーダーUAV14の目標点pまでのベクトルTから求まる距離||T||に基づいて、リーダーUAV14の位置を制御するための第1制御データuを更新する。また、リーダー位置制御部32は、所定の条件に応じて、編隊完了通知又は編隊未完了通知をカメラ映像監視部44に送信する。
ステップS104では、第1の飛行コマンド変換部34は、リーダーUAV14について、ステップS102で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、リーダー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を介してリーダー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リーダーUAV14の運動を制御する。
ステップS106では、一つ以上のフォロワーUAV15を順番に制御するため、フォロワーUAV15#i(i=1,2,・・・)を選択する。本実施の形態では、i=1であるため、1台のみ選択される。
ステップS108では、フォロワー位置検出部40が、位置計測センサ10によって計測されたフォロワーUAV15#iのマーカーの各々の三次元座標と、リーダーUAV14の第1線分及び第2線分の交点eから、リーダーUAV14の第1線分又は第2線分の延長線上に予め定められた距離だけ離れた座標により定まる、フォロワーUAV15#iの目標点piとに基づいて、フォロワーUAV15#iについて、マーカーの点ai、点biの三次元座標を結ぶ第1線分及び点ci、点diを結ぶ第2線分の交点、交点からの目標点piまでのベクトルTi、及びグローバル座標系における目標点piに対するマーカーの点ai、点biの三次元座標を結んだ第1線分の方位角を算出する。
ステップS110では、フォーメーション制御部42は、フォロワーUAV15#iについて、フォロワーUAV15#iの目標点piまでのベクトルTiから求まる距離||Ti||に基づいて、フォロワーUAV15#iの位置を制御するための第2制御データuiを更新する。また、フォーメーション制御部42は、所定の条件に応じて、編隊完了通知又は編隊未完了通知をカメラ映像監視部44に送信する。
ステップS112では、第2の飛行コマンド変換部35は、フォロワーUAV15#iについて、ステップS110で更新された第2制御データuiと、算出された方位角θiとに基づいて、フォロワーUAV15#i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を介してフォロワーUAV15#iに送信することで、算出した飛行指令データに基づいてフォロワーUAV15#iの運動を制御する。
ステップS114では、全てのフォロワーUAV15#iについて制御を終了したかを判定し、終了していなければステップS106に戻って次のフォロワーUAV15#iを選択して処理を繰り返し、終了していればステップS116へ移行する。
ステップS116では、カメラ映像監視部44は、全てのフォロワーUAV15#iについて編隊完了通知を受信して編隊が完了したかを判定し、完了していれば、リーダーUAV14及び全てのフォロワーUAV15#iからカメラの映像を同期させて取得する命令を通信部50を介して各UAVに送信し、通信部50に取得した映像を映像DB46に転送する命令を送信する。
次に、ステップS100のリーダー位置検出部30のリーダー位置検出処理の詳細について説明する。
図4はリーダー位置検出部30の処理のフロー図である。リーダー位置検出部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。リーダーUAV14が目的地に到達すると、次の目標地12の3次元座標pが与えられる。目標地12の3次元座標pは編隊飛行の経路に沿って離散的に与えられる。
ステップS1002で、リーダーUAV14のマーカーの点a、点b、点c、及び点dを位置計測センサ10により検出し、その交点eの位置を算出する。交差する位置eにセンシング用のマーカーを設置してもよいが、本実施の形態では汎用性のために、点eの位置を4つのマーカーの点a、点b、点c、及び点dから計算で求める。本処理では、点eの3次元座標を現在位置と称しており、以降では、点eをリーダーUAV14の現在位置とする。
ステップS1004で、リーダーUAV14の現在位置(点e)から目標地(点p)までのベクトルTを、T=p−eの計算により求める。
ステップS1006で、点aから点bへのベクトルa−bがベクトルTと直交するために必要な回転角θ(方位角)をベクトル内積の関係を利用して算出する。図5は、マーカーの点a、マーカーの点b、及び目標地の点pをZw軸方向から視た位置と方位の関係を表す。方位角θ=0のとき、ベクトルa−bがベクトルTと直交する。
ステップS1008で、位置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リーダー位置検出部30の処理を終了し、終了しない場合にはステップS1002に戻って処理を繰り返す。なお、処理を停止する場合とは、ここでは操作者がリーダー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。
リーダー位置検出部30では、以上の処理により、リーダーUAVの現在位置(点e)と、目標点pまでのベクトルTと、方位角θとを算出する。
次に、ステップS102のリーダー位置制御部32のリーダー位置制御処理の詳細について説明する。本処理では、リーダー位置検出部30で得たベクトルTに基づき、現在位置から目標地までの直線飛行を制御するための処理フローを説明する。
図6はリーダー位置制御部32の処理のフロー図である。リーダー位置制御部32は処理を開始すると、ステップS1100で、許容距離を指定する。許容距離とは、リーダーUAV14の現在位置eが目標地の点pに到達したかどうかを判定するための距離ΔLである。UAVの飛行には空気抵抗によるゆらぎが影響を与えるため、許容距離ΔLの例として10センチメートルとする。
リーダー位置検出部30において、リーダーUAV14の現在位置(点e)が位置計測センサ10を使って時系列に得られており、現在位置を取得するたびに本処理ルーチンのステップS1102に与えられる(図4及び図6にはXと記した)。
ステップS1102で、与えられた現在位置のデータにより、現在位置eから目標地の点pまでの距離||T||を算出する。||・||はベクトルのノルム(大きさ)を表す。
ステップS1104で、距離||T||が許容距離ΔL以下(||T||≦ΔL)であるか否かを判定する。||T||≦ΔLであればステップS1110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S1106で、第1制御データを
の計算により求める。第1制御データuは、第1の飛行コマンド変換部34においてリーダーUAV14への飛行指令として使われる。
の計算により求める。第1制御データuは、第1の飛行コマンド変換部34においてリーダーUAV14への飛行指令として使われる。
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。第1制御データuが計算されると、第1の飛行コマンド変換部34に渡される(図6にはYと記した)。
この反復を続けることによりリーダーUAV14は目標地の点pに近づき、||T||≦ΔLを満たすとき、リーダーUAV14が目標地に到達したと判定してホバリング状態になる。
ステップS1107で、リーダーUAV14の編隊が未完了であるものとして、カメラ映像監視部44に編隊未完了通知を送信する(図6にはWと記した)。
ステップS1108で、位置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リーダー位置制御部32の処理を終了し、終了しない場合にはステップS1102に戻って処理を繰り返す。
ステップS1110で、ホバリング状態でリーダーUAV14を待機させるように制御する。
ステップS1112で、カメラ映像監視部44に編隊完了通知を送信し(図6にはWと記した)、ステップS1102へ移行する。
以上の処理によって、リーダー位置制御部32は、リーダーUAV14の現在位置eから目標地の点pまでの距離||T||に応じて第1制御データuを出力する。
次に、ステップS104の第1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。
第1の飛行コマンド変換部34の処理により、リーダーUAV14について、リーダー位置制御部32より与えられる制御データuとリーダー位置検出部30で得た方位θを、リーダー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、本実施の形態では、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、本実施の形態を利用できることは言うまでもない。また、以下は第1の飛行コマンド変換部34におけるリーダーUAV14の場合を例に説明するが、第2の飛行コマンド変換部35についても第1の飛行コマンド変換部34と同様に制御できる。第2の飛行コマンド変換部35において、一つ以上のフォロワーUAV15#iを制御する場合については、第1制御データuと方位角θとを、第2制御データuiと方位角θiとに置き換えて飛行指令データに変換して制御する。
図7は第1の飛行コマンド変換部34の飛行コマンド変換処理のフロー図である。第1の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との組み合わせを、リーダーUAV14へ送信するための飛行指令データへ変換する。リーダー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ため、本処理では、リーダーUAV14に与える飛行指令データを以下(1)式により変換する。
・・・(1)
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)式で算出した飛行指令データをUAV14へ送信する。
本処理は、リーダー位置制御部32で得た制御データuとリーダー位置検出部30で得た方位角θが与えられるたびに、(1)式で算出した飛行指令データをリーダーUAV14へ送り続ける。図5で示したように、方位角θを送出することにより、目標地の点pに対するリーダーUAV14の向きはマーカーの点aとマーカーの点bが点Aと点Bとに一致するように補正される。
図8はフォロワー位置検出部40のフォロワー位置検出処理のフロー図である。図8において、フォロワーUAV15#iの位置を検出する。本実施の形態では、フォロワーUAV15が1台であるため、i=1の場合のフォロワー位置検出部40の処理フローを説明する。
フォロワー位置検出部40は処理を開始すると、ステップS1300で、フォロワーUAV15#1に対して、2台フォーメーションにおける目標地の3次元座標p1を設定する。点p1はリーダーUAV14の現在位置eから点cと点dを結ぶ第2線分の延長線上に距離L+L1だけ離れた座標値とする。L≠=L1の場合も処理内容は変わらないためL=L1,L>0の長さとする。リーダーUAV14の運動に従ってフォーメーション飛行させるため、p1=e+(−2L,0,0)と与える。
図9に、リーダーUAV14とフォロワーUAV15#1の初期状態での位置関係を示す。初期状態として、フォロワーUAV15#1はリーダーUAV14の方向を向いているが、本処理はリーダーUAV14とフォロワーUAV15#1の初期位置と初期方向に依存しない。
ステップS1302で、フォロワーUAV15#1に装着したマーカー点a1、点b1、点c1、及び点d1を位置計測センサ10により検出して、交点e1の位置を算出する。点e1の座標はフォロワーUAV15#1の現在位置となる。現在位置e1が算出されると、フォーメーション制御部42に渡される(図8にはZと記した)。
次に、ステップS1304で、フォロワーUAV15#1の現在位置(点e1)から目標地(点p1)までのベクトルT1を、T1=p1−e1の計算により求める。
ステップS1306で、点a1から点b1へのベクトルa1−b1がベクトルT1となす回転角θ1(方位角)をベクトル内積の関係を利用して算出する。方位角θ1が算出されると、フォーメーション制御部42に渡される(図8にはZと記した)。
ステップS1308で、位置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フォロワー位置検出部40の処理を終了し、終了しない場合にはステップS1302に戻って処理を繰り返す。
以上の処理により、フォロワー位置検出部40ではフォロワーUAV15#1の現在位置(点e1)と、フォロワーUAV15#1の現在位置(点e1)から目標地(点p1)までのベクトルT1と、フォロワーUAV15#1の方位角θ1を算出する。方位角θ1が算出されると、フォーメーション制御部42に渡される(図8にはZと記した)。
図10はフォーメーション制御部42のフォーメーション制御処理のフロー図である。本実施の形態では、フォロワーUAV15が1台であるため、i=1の場合のフォロワー位置検出部40の処理フローを説明する。図11に示すように、リーダーUAV14の正反対の位置及び向きのフォーメーションでフォロワーUAV15#1を飛行させるように運動を制御する。図11において、点gはリーダーUAV14の位置eとフォロワーUAV15#1の位置e1の中点の座標であり、フォロワーUAV15#1は点gを中心に180度回転した方向を向いた姿勢でリーダーUAV14と同じ方向を飛行する。
フォーメーション制御部42は処理を開始すると、ステップS1400で、許容距離ΔLを指定する。許容距離ΔLとは、フォロワーUAV15#iの現在位置e1が目標地の点p1に到達したかどうかを判定するための距離である。便宜上、リーダー位置制御部32で設定した同じ許容距離を設定する。
フォロワー位置検出部40において、フォロワーUAV15#1の現在位置(点e1)と方位角θ1が位置計測センサ10を使って時系列に得られており、現在位置と方位角θ1を取得するたびにステップS1402に与えられる(図10にはZと記した)。
ステップS1402で、与えられた現在位置と方位角θ1のデータから、フォロワーUAV15#1の現在位置e1から目標地の点p1までの距離||Ti||を算出する。
ステップS1404で、距離||T1||が許容距離ΔL以下であるか否かを判定する。||T1||≦ΔLであればステップS1418へ移行する。||T1||≦ΔLでなく、||T||>ΔLであれば運動を制御するためステップS1406へ移行する。
ステップS1406で、フォロワーUAV15#1とリーダーUAV14との方位角の差ω1を以下(2)式により算出する。
・・・(2)
ステップS1408で、方位角の差分ω1の絶対値||ω1||が許容角度Δθ以下であるか否かを判定する。許容角度Δθ以下であればステップS1410へ移行する。許容角度Δθ以下でなければステップS1412へ移行する。ここでは、方位誤差の許容値としてΔθを設定するが、ドリフトを考慮して、例えば、Δθ=π/180(ラジアン)と与える。許容角度Δθ以下ならば、フォロワーUAV15#1の方位角はほぼθ1=θ+πとなる。
ステップS1410で、フォロワーUAV15#1とリーダーUAV14との方位が真反対の180度をなすようにフォロワーUAV15#1の方位角θ1を以下(3)式により更新する(正の回転を反時計周りの回転とする)。更新した方位角θ1は第2の飛行コマンド変換部35に渡される(図10にはYと記した)。(3)式において、本実施の形態ではi=1である。
・・・(3)
ステップS1412で、変化がある現在の方位角θ1に応じて、フォロワーUAV15#1の並進ベクトルT1’を以下(4)式により変換する。(4)式において、本実施の形態ではi=1である。ステップS1410を処理した場合には、ステップS1410で更新した方位角θ1を用いる。ステップS1410を処理していない場合には、上記ステップS1306で算出した方位角θ1を用いる。
・・・(4)
ステップS1414で、第2制御データを
の計算により求める。第2制御データu1は、第2の飛行コマンド変換部35においてフォロワーUAV15#1への飛行指令として使われる。
の計算により求める。第2制御データu1は、第2の飛行コマンド変換部35においてフォロワーUAV15#1への飛行指令として使われる。
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。第2制御データu1が計算されると、第2の飛行コマンド変換部35に渡される(図10にはYと記した)。
ステップS1415で、フォロワーUAV15#1の編隊が未完了であるものとして、カメラ映像監視部44に編隊未完了通知を送信する(図10にはWと記した)。
ステップS1416で、フォーメーション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フォーメーション制御部42の処理を終了し、終了しない場合にはステップS1402に戻って処理を繰り返す。
この反復を続けることによりフォロワーUAV15#1は目標地の点p1に近づくことになり、||T1’||≦ΔLを満たすとき図11のフォーメーションに従って飛行する。
以上の処理によって、フォーメーション制御部42は、フォロワーUAV15#1の現在位置e1から目標地の点p1までの距離||T1’||に応じて制御データuiを出力する。
ステップS1418で、ホバリング状態でフォロワーUAV15#1を待機させるように制御する。
ステップS1420で、カメラ映像監視部44に編隊完了通知を送信し(図10にはWと記した)、ステップS1402へ移行する。
図12はカメラ映像監視部44のカメラ映像監視処理のフロー図である。カメラ映像監視部44は、リーダーUAV14とフォロワーUAV15#1による編隊を組んで飛行している間にカメラ映像を取得して全周囲の環境を監視する機能を有する。本実施の形態では、フォロワーUAV15が1台であるため、i=1の場合のカメラ映像監視部44の処理フローを説明する。なお、N台の場合もi=1,2,・・・,Nとして同様に処理できる。
カメラ映像監視部44は、処理を開始すると、ステップS1500で、リーダーUAV14からの編隊通知情報を受信する。編隊通知情報とは、リーダーUAV14とフォロワーUAV15#1による編隊が完了して飛行しているか否かを知らせる通知である。編隊が完了している場合には、編隊通知情報として編隊完了通知を受信する。編隊が完了してない場合や編隊が崩れた場合には、編隊通知情報として編隊未完通知を受信する。
ステップS1502で、全てのUAVから編隊完了通知を受信したかを判定し、受信していればステップS1504へ移行し、受信していなければステップS1510へ移行して待機状態に移行する。このように、もし、1台でも編隊が完了していない場合は待機状態になり、まだ通知を受信していないUAVの編隊完了通知を待つ。
ステップS1504で、リーダーUAV14とフォロワーUAV15#1から同期信号を受信する。同期信号は時間:分:秒:フレームから構成されるタイムコードを利用する。タイムコードを取得した映像フレームと合わせることで、リーダーUAV14とフォロワーUAV15#1で取得した映像フレームの同期を合わせることができる。
ステップS1506で、同期信号を受信しながら、UAVの前方のカメラから映像を取得する命令をリーダーUAV14とフォロワーUAV15#1に送信する。通信部50に、リーダーUAV14とフォロワーUAV15#1から取得した映像を転送する命令を送信し、取得した映像DB46に格納する。
ステップS1508で、カメラ映像監視の処理を停止するかを判定し、処理を停止する場合にはカメラ映像監視部44の処理を終了し、終了しない場合にはステップS1510に移行して、待機状態となってから処理を繰り返す。
もし、カメラから映像を取得中に、何らかのトラブルにより編隊が崩れた場合、編隊通知情報において編隊が未完という通知が入る。このとき、カメラ映像の取得を停止させて、編隊が完了するまで待機する。
以上の処理によって、カメラ映像監視部44はリーダーUAV14とフォロワーUAV15#1による編隊飛行中に全周囲の映像を取得する。
以上により、本実施の形態は、位置計測センサ10によってリーダーUAV14とフォロワーUAV15#1の位置と方位を算出し、2台のUAVが編隊を組んで飛行し、全周囲の映像を監視することができる。さらに、リーダーUAV14の目標地の位置pを空間経路に沿って間隔を空けて空間中に設定することで、その軌跡に沿って2台のUAVにより全周囲の映像を監視することができる。
以上説明したように、第1の実施の形態に係る飛行制御装置によれば、複数台のUAVが編隊を組んで全方位の監視しながら円滑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の実施の形態に係る飛行制御装置の構成及び作用>
本発明の第2の実施の形態は、上記図1の第1の実施の形態の構成により、リーダーUAV14と2台のフォロワーUAV15が三角形フォーメーションのリーダー・フォロワー編隊飛行をする制御の実施の形態である。本実施の形態では、正三角形のフォーメーションにした場合を例に説明するが、二等辺三角形、辺の長さが全て異なる三角形にも応用できる。本実施の形態では、正三角形のフォーメーションに応じてフォロワーUAV15の飛行を制御する処理が第1の実施の形態と異なるため、以降では第1の実施の形態との差分のみを説明する。
本発明の第2の実施の形態は、上記図1の第1の実施の形態の構成により、リーダーUAV14と2台のフォロワーUAV15が三角形フォーメーションのリーダー・フォロワー編隊飛行をする制御の実施の形態である。本実施の形態では、正三角形のフォーメーションにした場合を例に説明するが、二等辺三角形、辺の長さが全て異なる三角形にも応用できる。本実施の形態では、正三角形のフォーメーションに応じてフォロワーUAV15の飛行を制御する処理が第1の実施の形態と異なるため、以降では第1の実施の形態との差分のみを説明する。
本実施の形態のフォロワー位置検出部40は図8のフローに従う。図8において、i=1の場合がフォロワーUAV15#1に関するフォロワー位置検出部40の処理フローであり、i=2の場合がフォロワーUAV15#2に関するフォロワー位置検出部40の処理フローである。
フォロワー位置検出部40は処理を開始すると、ステップS1300で、フォロワーUAV15#iに対して、3台フォーメーションにおける目標地の3次元座標piを設定する。リーダーUAV14の現在位置と点piは正三角形の頂点であり、三角形の重心から各頂点までの距離をLとする。重心gを原点として、リーダーUAV14の現在位置がeであるとき、フォロワーUAV15#1の目標地は3次元座標p1=e+(−2L/3,√3L/2,0)と与え、フォロワーUAV15#2の目標地は3次元座標p2=e+(−2L/3,−√3L/2,0)と与える。
図13に、リーダーUAV14とフォロワーUAV15#iの初期状態での位置関係を示す。初期状態として、フォロワーUAV15#iはリーダーUAV14の方向を向いているが、本処理はリーダーUAV14とフォロワーUAV15#iの初期位置と初期方向に依存しない。
ステップS1302で、フォロワーUAV15#iに装着したマーカー点ai、点bi、点ci、及び点diを位置計測センサ10により検出して、交点eiの位置を算出する。点eiの座標はフォロワーUAV15#iの現在位置となる。
次に、ステップS1304で、フォロワーUAV15#iの現在位置(点ei)から目標地(点pi)までのベクトルTiを、Ti=pi−eiの計算により求める。
ステップS1306で、点aiから点biへのベクトルai−biがベクトルTiとなす回転角θi(方位角)をベクトル内積の関係を利用して算出する。
以上の処理により、フォロワー位置検出部40ではフォロワーUAV15#iの現在位置(点ei)と、フォロワーUAV15#iの現在位置(点ei)から目標地(点pi)までのベクトルTiと、フォロワーUAV15#iの方位角θiを算出する。
本実施の形態のフォーメーション制御部42は図10のフローに従う。図10において、i=1の場合がフォロワーUAV15#1に関するフォーメーション制御部42の処理フローであり、i=2の場合がフォロワーUAV15#2に関するフォーメーション制御部42の処理フローである。
本実施の形態では、リーダーUAV14の方位から反時計周りに120度回転した方位をフォロワーUAV15#1の方位とし、リーダーUAV14の方位から反時計周りに240度回転した方位をフォロワーUAV15#2の方位とする。このように、リーダーUAV14の方位に対して等分に振り分けた角度の方位を設定する。ステップS1406で、フォロワーUAV15#iとリーダーUAV14との方位角の差分ωiを以下(5)式により算出する。
・・・(5)
ステップS1408で、方位角の差分ωiの絶対値||ωi||が許容角度Δθ以下であるか否かを判定する。許容角度Δθ以下であればステップS1410へ移行する。許容角度Δθ以下でなければステップS1412へ移行する。
ステップS1410で、フォロワーUAV15#iの方位角θiを上記(3)式により更新する。更新した方位角θiは第2の飛行コマンド変換部35に渡される(図10にはYと記した)。
ステップS1412で、変化がある現在の方位角θiに応じて、フォロワーUAV15#iの並進ベクトルT1’を上記(4)式により変換する。ステップS1410を処理した場合には、ステップS1410で更新した方位角θiを用いる。ステップS1410を処理していない場合には、上記ステップS1306で算出した方位角θiを用いる。
ステップS1414で、第2制御データを
の計算により求める。第2制御データuiは、第2の飛行コマンド変換部35においてフォロワーUAV15#iへの飛行指令として使われる。この反復を続けることによりフォロワーUAV15#iは目的地の点piに近づくことになり、||Ti’||≦ΔLを満たすとき図14のフォーメーションに従って編隊飛行する。
の計算により求める。第2制御データuiは、第2の飛行コマンド変換部35においてフォロワーUAV15#iへの飛行指令として使われる。この反復を続けることによりフォロワーUAV15#iは目的地の点piに近づくことになり、||Ti’||≦ΔLを満たすとき図14のフォーメーションに従って編隊飛行する。
以上により、本実施の形態は、位置計測センサ10によってリーダーUAV14とフォロワーUAV15#iの位置と方位を算出し、3台のUAVが編隊を組んで飛行し、全周囲の映像を監視することができる。さらに、リーダーUAV14の目標地の位置pを空間経路に沿って間隔を空けて空間中に設定することで、その軌跡に沿って3台のUAVにより全周囲の映像を監視することができる。
<本発明の第3の実施の形態に係る飛行制御装置の構成及び作用>
本発明の第3の実施の形態は、上記図1の第1の実施の形態の構成により、リーダーUAV14と3台のフォロワーUAV15が正方形フォーメーションのリーダー・フォロワー編隊飛行をする制御の実施の形態である。本実施の形態では、正方形のフォーメーションにした場合を例に説明するが、長方形、菱形、四角形にも応用できる。本実施の形態では、正方形のフォーメーションに応じてフォロワーUAV15の飛行を制御する処理が第2の実施の形態と異なるため、以降では第2の実施の形態との差分のみを説明する。
本実施の形態のフォロワー位置検出部40は図8のフローに従う。図8において、i=1の場合がフォロワーUAV15#1に関するフォロワー位置検出部40の処理フローであり、i=2の場合がフォロワーUAV15#2に関するフォロワー位置検出部40の処理フローであり、i=3の場合がフォロワーUAV15#3に関するフォロワー位置検出部40の処理フローである。
フォロワー位置検出部40は処理を開始すると、ステップS1300で、フォロワーUAV15#iに対して、3台フォーメーションにおける目標地の3次元座標piを設定する。リーダーUAV14の現在位置と点piは正方形の頂点であり、正方形の重心から各頂点までの距離をLとする。重心gを原点として、リーダーUAV14の現在位置がeであるとき、フォロワーUAV15#1の目標地は3次元座標p1=e+(−L,L,0)と与え、フォロワーUAV15#2の目標地は3次元座標p2=e+(−2L,0,0)と与え、フォロワーUAV15#3の目標地は3次元座標p3=e+(−L,−L,0)と与える。
図15に、リーダーUAV14とフォロワーUAV15#iの初期状態での位置関係を示す。初期状態として、フォロワーUAV15#iはリーダーUAV14の方向を向いているが、本処理はリーダーUAV14とフォロワーUAV15#iの初期位置と初期方向に依存しない。以降のステップの処理は第2の実施の形態と同様である。
本実施の形態のフォーメーション制御部42は図10のフローに従う。図10において、i=1の場合がフォロワーUAV15#1に関するフォーメーション制御部42の処理フローであり、i=2の場合がフォロワーUAV15#2に関するフォーメーション制御部42の処理フローであり、i=3の場合がフォロワーUAV15#3に関するフォーメーション制御部42の処理フローである。
本実施の形態では、リーダーUAV14の方位から反時計周りに90度回転した方位をフォロワーUAV15#1の方位とし、リーダーUAV14の方位から反時計周りに180度回転した方位をフォロワーUAV15#2の方位とし、リーダーUAV14の方位から反時計周りに270度回転した方位をフォロワーUAV15#3の方位とする。このように、リーダーUAV14の方位に対して等分に振り分けた方位を設定する。ステップS1406で、フォロワーUAV15#iとリーダーUAV14との方位角の差ωiを以下(6)式により算出する。
・・・(6)
以降は、第2の実施の形態のフォーメーション制御部42の処理と同様であり、フォロワーUAV15#iは目的地の点piに近づくことになり、||Ti’||≦ΔLを満たすとき図16のフォーメーションに従って編隊飛行する。
以上により、本実施の形態は、位置計測センサ10によってリーダーUAV14とフォロワーUAV15#iの位置と方位を算出し、4台のUAVが編隊を組んで飛行し、全周囲の映像を監視することができる。さらに、リーダーUAV14の目標地の位置pを空間経路に沿って間隔を空けて空間中に設定することで、その軌跡に沿って4台のUAVにより全周囲の映像を監視することができる。
<本発明の第4の実施の形態に係る飛行制御装置の構成及び作用>
本発明の第4の実施の形態は、上記図1の第1の実施の形態の構成により、リーダーUAV14とN台のフォロワーUAV15が正多角形フォーメーションのリーダー・フォロワー編隊飛行をする制御の実施の形態である。本実施の形態では、正多角形のフォーメーションにした場合を例に説明する。本実施の形態では、正多角形のフォーメーションに応じてフォロワーUAV15の飛行を制御する処理が第3の実施の形態と異なるため、以降では第3の実施の形態との差分のみを説明する。
本実施の形態のフォロワー位置検出部40は図8のフローに従う。図8において、i=1,2,・・・,Nの場合が、それぞれフォロワーUAV15#1,フォロワーUAV15#2,・・・,フォロワーUAV15#Nのそれぞれに関するフォロワー位置検出部40の処理フローである。
フォロワー位置検出部40は処理を開始すると、ステップS1300で、フォロワーUAV15#iに対して、M=(N+1)台フォーメーションにおける目標地の3次元座標piを設定する。リーダーUAV14の現在位置と点piは正多角形の頂点であり、正多角形の重心から各頂点までの距離をLとする。重心gを原点として、リーダーUAV14の現在位置がeであるとき、フォロワーUAV15#iの目標地は3次元座標p1=e+(L(cos(i×2π/M)−1),L(sin(i×2π/M)),0)と与える。以降のステップの処理は第3の実施の形態と同様である。
本実施の形態のフォーメーション制御部42は図10のフローに従う。図10において、i=1,2,・・・,Nの場合が、それぞれフォロワーUAV15#1,フォロワーUAV15#2,・・・,フォロワーUAV15#Nのそれぞれに関するフォーメーション制御部42の処理フローである。
本実施の形態では、リーダーUAV14の方位から反時計周りに360×i/M度回転した方位をフォロワーUAV15#iの方位とする。ステップS1406で、フォロワーUAV15#iとリーダーUAV14との方位角の差ωiを以下(7)式により算出する。
・・・(7)
以降は、第3の実施の形態のフォーメーション制御部42の処理と同様であり、フォロワーUAV15#iは目的地の点piに近づくことになり、||Ti’||≦ΔLを満たすとき図16のフォーメーションに従って編隊飛行する。
以上により、本実施の形態は、位置計測センサ10によってリーダーUAV14とフォロワーUAV15#iの位置と方位を算出し、M台のUAVが編隊を組んで飛行し、全周囲の映像を監視することができる。さらに、リーダーUAV14の目標地の位置pを空間経路に沿って間隔を空けて空間中に設定することで、その軌跡に沿ってM台のUAVにより全周囲の映像を監視することができる。
<本発明の第5の実施の形態に係る飛行制御装置の構成及び作用>
本発明の第5の実施の形態は、上記図1の第1の実施の形態の構成により、リーダーUAV14とN台のフォロワーUAV15が多角形フォーメーションのリーダー・フォロワー編隊飛行をする制御の実施の形態である。本実施の形態では、重心からの距離を異ならせた多角形のフォーメーションにした場合を例に説明する。環境における風速などの状況によっては、正多角形ではなく、状況に応じた多角形にした方がよい場合がある。本実施の形態では、多角形のフォーメーションに応じてフォロワーUAV15の飛行を制御する処理が第4の実施の形態と異なるため、以降では第4の実施の形態との差分のみを説明する。
本実施の形態のフォロワー位置検出部40は図8のフローに従う。図8において、i=1,2,・・・,Nの場合が、それぞれフォロワーUAV15#1,フォロワーUAV15#2,・・・,フォロワーUAV15#Nのそれぞれに関するフォロワー位置検出部40の処理フローである。
フォロワー位置検出部40は処理を開始すると、ステップS1300で、フォロワーUAV15#iに対して、M=(N+1)台フォーメーションにおける目標地の3次元座標piを設定する。リーダーUAV14の現在位置と点piは多角形の頂点であり、多角形の重心からフォロワーUAV15#iの各頂点までの距離をLiとする。多角形の重心からリーダーUAV14までの距離はLとする。ただし、Liの距離はフォロワーUAV15#iに応じて全て異ならせる。フォロワーUAV15#i同士がぶつかり合わない程度に、L≠L1≠L2≠・・・LNとそれぞれのフォロワーUAV15#iに異なる距離を設定する。重心gを原点として、リーダーUAV14の現在位置がeであるとき、フォロワーUAV15#1の目標地はpi=e+(Li(cos(i×2π/M−L),Li(sin(i×2π/M)),0)と与える。以降のステップの処理は第4の実施の形態と同様であり、重心からの距離がそれぞれ異なる多角形のフォーメーションに従って編隊飛行する。
以上により、本実施の形態は、位置計測センサ10によってリーダーUAV14とフォロワーUAV15#iの位置と方位を算出し、M台のUAVが編隊を組んで飛行し、全周囲の映像を監視することができる。さらに、リーダーUAV14の目標地の位置pを空間経路に沿って間隔を空けて空間中に設定することで、その軌跡に沿ってM台のUAVにより全周囲の映像を監視することができる。
<本発明の第6の実施の形態に係る飛行制御装置の構成及び作用>
本発明の第6の実施の形態は、上記図1の第1の実施の形態の構成により、リーダーUAV14とN台のフォロワーUAV15が多角形フォーメーションのリーダー・フォロワー編隊飛行をする制御の実施の形態である。本実施の形態では、方位角の間隔を異ならせた多角形のフォーメーションにした場合を例に説明する。本実施の形態では、多角形のフォーメーションに応じてフォロワーUAV15の飛行を制御する処理が第4の実施の形態と異なるため、以降では第4の実施の形態との差分のみを説明する。
本実施の形態のフォーメーション制御部42は図10のフローに従う。図10において、i=1,2,・・・,Nの場合が、それぞれフォロワーUAV15#1,フォロワーUAV15#2,・・・,フォロワーUAV15#Nのそれぞれに関するフォーメーション制御部42の処理フローである。
本実施の形態では、リーダーUAV14の方位から反時計周りにφi度回転した方位をフォロワーUAV15#iの方位とする。フォロワーUAV15#i同士がぶつかり合わない程度に、φ1≠φ2≠・・・≠φNとそれぞれのフォロワーUAV15#iに異なる方位を設定する。ステップS1406で、フォロワーUAV15#iとリーダーUAV14との方位角の差ωiを以下(8)式により算出する。
・・・(8)
以降は、第4の実施の形態のフォーメーション制御部42の処理と同様であり、フォロワーUAV15#iは目的地の点piに近づくことになり、||Ti’||≦ΔLを満たすとき、方位角の間隔がそれぞれ異なる多角形のフォーメーションに従って編隊飛行する。
以上により、本実施の形態は、位置計測センサ10によってリーダーUAV14とフォロワーUAV15#iの位置と方位を算出し、M台のUAVが編隊を組んで飛行し、全周囲の映像を監視することができる。さらに、リーダーUAV14の目標地の位置pを空間経路に沿って間隔を空けて空間中に設定することで、その軌跡に沿ってM台のUAVにより全周囲の映像を監視することができる。
<本発明の第7の実施の形態に係る飛行制御装置の構成及び作用>
本発明の第7の実施の形態は、上記図1の第1の実施の形態の構成により、リーダーUAV14とN台のフォロワーUAV15が多角形フォーメーションのリーダー・フォロワー編隊飛行をする制御の実施の形態である。本実施の形態では、重心からの距離及び方位を異ならせた多角形のフォーメーションにした場合を例に説明する。本実施の形態では、多角形のフォーメーションに応じてフォロワーUAV15の飛行を制御する処理が第4の実施の形態と異なるため、以降では第4の実施の形態との差分のみを説明する。
本実施の形態のフォロワー位置検出部40は図8のフローに従う。図8において、i=1,2,・・・,Nの場合が、それぞれフォロワーUAV15#1,フォロワーUAV15#2,・・・,フォロワーUAV15#Nのそれぞれに関するフォロワー位置検出部40の処理フローである。
フォロワー位置検出部40は処理を開始すると、ステップS1300で、フォロワーUAV15#iに対して、M=(N+1)台フォーメーションにおける目標地の3次元座標piを設定する。リーダーUAV14の現在位置と点piは多角形の頂点であり、多角形の重心からフォロワーUAV15#iの各頂点までの距離をLiとする。多角形の重心からリーダーUAV14までの距離はLとする。ただし、Liの距離はフォロワーUAV15#iに応じて全て異ならせる。フォロワーUAV15#i同士がぶつかり合わない程度に、L≠L1≠L2≠・・・LNとそれぞれのフォロワーUAV15#iに異なる距離を設定する。重心gを原点として、リーダーUAV14の現在位置がeであるとき、フォロワーUAV15#1の目標地はpi=e+(Li(cos(i×2π/M−L),Li(sin(i×2π/M)),0)と与える。以降のステップの処理は第4の実施の形態と同様である。
本実施の形態のフォーメーション制御部42は図10のフローに従う。図10において、i=1,2,・・・,Nの場合が、それぞれフォロワーUAV15#1,フォロワーUAV15#2,・・・,フォロワーUAV15#Nのそれぞれに関するフォーメーション制御部42の処理フローである。
本実施の形態では、リーダーUAV14の方位から反時計周りにφi度回転した方位をフォロワーUAV15#iの方位とする。フォロワーUAV15#i同士がぶつかり合わない程度に、φ1≠φ2≠・・・≠φNとそれぞれのフォロワーUAV15#iに異なる方位を設定する。ステップS1406で、フォロワーUAV15#iとリーダーUAV14との方位角の差ωiを上記(8)式により算出する。
以降は、第4の実施の形態のフォーメーション制御部42の処理と同様であり、フォロワーUAV15#iは目的地の点piに近づくことになり、||Ti’||≦ΔLを満たすとき重心からの距離及び方位角がそれぞれ異なる多角形のフォーメーションに従って編隊飛行する。
以上により、本実施の形態は、位置計測センサ10によってリーダーUAV14とフォロワーUAV15#iの位置と方位を算出し、M台のUAVが編隊を組んで飛行し、全周囲の映像を監視することができる。さらに、リーダーUAV14の目標地の位置pを空間経路に沿って間隔を空けて空間中に設定することで、その軌跡に沿ってM台のUAVにより全周囲の映像を監視することができる。
なお、本発明は、上述した実施の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。
例えば、上述した各実施形態では、飛行制御装置により、リーダーUAV14とフォロワーUAV15#iとを制御する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、飛行制御システムとして、リーダー飛行制御装置とフォロワー飛行制御装置とを構成し、リーダーUAV14とフォロワーUAV15#iとをそれぞれの装置によって制御するようにしてもよい。
10 位置計測センサ
12 目標地
20 演算部
30 リーダー位置検出部
32 リーダー位置制御部
34 第1の飛行コマンド変換部
35 第2の飛行コマンド変換部
40 フォロワー位置検出部
42 フォーメーション制御部
44 カメラ映像監視部
46 映像DB
50 通信部
100 飛行制御装置
12 目標地
20 演算部
30 リーダー位置検出部
32 リーダー位置制御部
34 第1の飛行コマンド変換部
35 第2の飛行コマンド変換部
40 フォロワー位置検出部
42 フォーメーション制御部
44 カメラ映像監視部
46 映像DB
50 通信部
100 飛行制御装置
Claims (7)
- 複数のUAV(Unmanned Aerial Vehicle)の編隊飛行を制御し、前記編隊飛行を先導するリーダーUAVと前記リーダーUAVに従って編隊を形成する一つ以上のフォロワーUAVを制御する飛行制御装置であって、
前記リーダーUAVと前記一つ以上のフォロワーUAVとに付与され、かつ、マーカー間の距離が既知の複数のマーカー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リーダーUAVの前記マーカーの各々の三次元座標と、予め設定された前記リーダーUAVの目標地である第1の目標点とに基づいて、前記リーダーUAVの現在位置と、前記第1の目標点までのベクトルと、前記第1の目標点に対する方位角を算出するリーダー位置検出部と、
前記リーダーUAVの前記第1の目標点までのベクトルに基づいて、前記リーダーUAVの位置を制御するための第1制御データを更新するリーダー位置制御部と、
前記リーダーUAVについて更新された前記第1制御データと、前記リーダーUAVについて算出された前記方位角とに基づいて、前記リーダー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リーダーUAVの運動を制御する第1の飛行コマンド変換部と、
前記一つ以上のフォロワーUAVについて、前記位置計測センサによって計測された前記フォロワーUAVの前記マーカーの各々の三次元座標と、編隊によって定まる前記フォロワーUAVの第2の目標点とに基づいて、前記フォロワーUAVの現在位置と、前記第2の目標点までのベクトルと、前記第2の目標点に対する方位角とを算出するフォロワー位置検出部と、
前記一つ以上のフォロワーUAVについて、前記リーダーUAVの方位角と前記フォロワーUAVの方位角の差と、前記フォロワーUAVによって定まる所定の角度との差分が、予め定められた許容角度を満たすように、前記フォロワーUAVの方位角を更新し、前記フォロワーUAVの前記第2の目標点までのベクトル、及び前記更新した前記方位角に基づいて、前記フォロワーUAVの位置を制御するための第2制御データを更新するフォーメーション制御部と、
前記一つ以上のフォロワーUAVについて、前記フォロワーUAVについて更新された前記第2制御データと、前記フォロワーUAVについて前記更新した前記方位角とに基づいて、前記フォロワー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フォロワーUAVの運動を制御する第2の飛行コマンド変換部と、
を含む飛行制御装置。 - 前記フォーメーション制御部は、前記リーダーUAVの方位角とすべての前記フォロワーUAVの更新後の方位角とで全周を等分するように、前記フォロワーUAVの方位角を更新する請求項1に記載の飛行制御装置。
- カメラ映像監視部を更に含み、
前記リーダー位置制御部は、前記リーダーUAVについて、前記第1の目標点に対する予め定められた許容距離を満たす場合に、編隊完了通知を前記カメラ映像監視部に送信し、
前記フォーメーション制御部は、前記一つ以上のフォロワーUAVについて、前記第2の目標点に対する予め定められた許容距離を満たす場合に、編隊完了通知を前記カメラ映像監視部に送信し、
前記カメラ映像監視部は、前記リーダーUAV、及び前記一つ以上のフォロワーUAVの前記編隊完了通知のすべてを受信した場合に、前記リーダーUAV、及び前記一つ以上のフォロワーUAVのカメラにより映像を取得するように制御する請求項1又は請求項2に記載の飛行制御装置。 - 複数のUAV(Unmanned Aerial Vehicle)の編隊飛行を制御し、前記編隊飛行を先導するリーダーUAVと前記リーダーUAVに従って編隊を形成する一つ以上のフォロワーUAVを制御する飛行制御装置における飛行制御方法であって、
位置計測センサが、前記リーダーUAVと前記一つ以上のフォロワーUAVとに付与され、かつ、マーカー間の距離が既知の複数のマーカーの各々の三次元座標を計測するステップと、
リーダー位置検出部が、前記位置計測センサによって計測された前記リーダーUAVの前記マーカーの各々の三次元座標と、予め設定された前記リーダーUAVの目標地である第1の目標点とに基づいて、前記リーダーUAVの現在位置と、前記第1の目標点までのベクトルと、前記第1の目標点に対する方位角を算出するステップと、
リーダー位置制御部が、前記リーダーUAVの前記第1の目標点までのベクトルに基づいて、前記リーダーUAVの位置を制御するための第1制御データを更新するステップと、
第1の飛行コマンド変換部が、前記リーダーUAVについて更新された前記第1制御データと、前記リーダーUAVについて算出された前記方位角とに基づいて、前記リーダー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リーダーUAVの運動を制御するステップと、
フォロワー位置検出部が、前記一つ以上のフォロワーUAVについて、前記位置計測センサによって計測された前記フォロワーUAVの前記マーカーの各々の三次元座標と、編隊によって定まる前記フォロワーUAVの第2の目標点とに基づいて、前記フォロワーUAVの現在位置と、前記第2の目標点までのベクトルと、前記第2の目標点に対する方位角とを算出するステップと、
フォーメーション制御部が、前記一つ以上のフォロワーUAVについて、前記リーダーUAVの方位角と前記フォロワーUAVの方位角の差と、前記フォロワーUAVによって定まる所定の角度との差分が、予め定められた許容角度を満たすように、前記フォロワーUAVの方位角を更新し、前記フォロワーUAVの前記第2の目標点までのベクトル、及び前記更新した前記方位角に基づいて、前記フォロワーUAVの位置を制御するための第2制御データを更新するステップと、
第2の飛行コマンド変換部が、前記一つ以上のフォロワーUAVについて、前記フォロワーUAVについて更新した前記第2制御データと、前記フォロワーUAVについて前記更新、又は前記算出された前記方位角とに基づいて、前記フォロワー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フォロワーUAVの運動を制御するステップと、
を含む飛行制御方法。 - 前記フォーメーション制御部は、前記リーダーUAVの方位角とすべての前記フォロワーUAVの更新後の方位角とで全周を等分するように、前記フォロワーUAVの方位角を更新する請求項4に記載の飛行制御方法。
- カメラ映像監視部を更に含み、
前記リーダー位置制御部は、前記リーダーUAVについて、前記第1の目標点に対する予め定められた許容距離を満たす場合に、編隊完了通知を前記カメラ映像監視部に送信し、
前記フォーメーション制御部は、前記一つ以上のフォロワーUAVについて、前記第2の目標点に対する予め定められた許容距離を満たす場合に、編隊完了通知を前記カメラ映像監視部に送信し、
前記カメラ映像監視部は、前記リーダーUAV、及び前記一つ以上のフォロワーUAVの前記編隊完了通知のすべてを受信した場合に、前記リーダーUAV、及び前記一つ以上のフォロワーUAVのカメラにより映像を取得するように制御する請求項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。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018149467A JP2020023283A (ja) | 2018-08-08 | 2018-08-08 | 飛行制御装置、方法、及びプログラム |
PCT/JP2019/030974 WO2020032058A1 (ja) | 2018-08-08 | 2019-08-06 | 飛行制御装置、方法、及びプログラム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018149467A JP2020023283A (ja) | 2018-08-08 | 2018-08-08 | 飛行制御装置、方法、及びプログラム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020023283A true JP2020023283A (ja) | 2020-02-13 |
Family
ID=69414806
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018149467A Pending JP2020023283A (ja) | 2018-08-08 | 2018-08-08 | 飛行制御装置、方法、及びプログラム |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020023283A (ja) |
WO (1) | WO2020032058A1 (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112099531A (zh) * | 2020-10-19 | 2020-12-18 | 中国空气动力研究与发展中心 | 一种分布式无人机编队队形变换方法 |
CN112731962A (zh) * | 2020-12-13 | 2021-04-30 | 西北工业大学 | 一种多无人系统协同编队控制方法 |
KR102264073B1 (ko) * | 2020-05-18 | 2021-06-11 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 편대 비행체 추적방법 및 장치 |
US20210319244A1 (en) * | 2020-04-14 | 2021-10-14 | Alarm.Com Incorporated | Security camera coverage test |
KR102315498B1 (ko) * | 2021-05-21 | 2021-10-21 | 세종대학교산학협력단 | 다중 비행체의 편대 추종 제어 장치 및 그 방법 |
US11721030B2 (en) | 2021-06-10 | 2023-08-08 | Sony Group Corporation | Method of autonomous hierarchical multi-drone image capturing |
WO2023203673A1 (ja) * | 2022-04-20 | 2023-10-26 | 株式会社クボタ | 飛行体制御システムおよび飛行体システム |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9599993B2 (en) * | 2012-04-30 | 2017-03-21 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Three-dimensional manipulation of teams of quadrotors |
KR101905052B1 (ko) * | 2016-11-14 | 2018-10-05 | 동국대학교 산학협력단 | 군집비행의 포메이션을 유지하기 위한 드론 및 그 방법 |
JP2018095049A (ja) * | 2016-12-12 | 2018-06-21 | 株式会社自律制御システム研究所 | 複数の無人航空機を有する通信システム |
-
2018
- 2018-08-08 JP JP2018149467A patent/JP2020023283A/ja active Pending
-
2019
- 2019-08-06 WO PCT/JP2019/030974 patent/WO2020032058A1/ja active Application Filing
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20210319244A1 (en) * | 2020-04-14 | 2021-10-14 | Alarm.Com Incorporated | Security camera coverage test |
US11691728B2 (en) * | 2020-04-14 | 2023-07-04 | Alarm.Com Incorporated | Security camera coverage test |
KR102264073B1 (ko) * | 2020-05-18 | 2021-06-11 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 편대 비행체 추적방법 및 장치 |
CN112099531A (zh) * | 2020-10-19 | 2020-12-18 | 中国空气动力研究与发展中心 | 一种分布式无人机编队队形变换方法 |
CN112099531B (zh) * | 2020-10-19 | 2023-04-07 | 中国空气动力研究与发展中心 | 一种分布式无人机编队队形变换方法 |
CN112731962A (zh) * | 2020-12-13 | 2021-04-30 | 西北工业大学 | 一种多无人系统协同编队控制方法 |
KR102315498B1 (ko) * | 2021-05-21 | 2021-10-21 | 세종대학교산학협력단 | 다중 비행체의 편대 추종 제어 장치 및 그 방법 |
US11721030B2 (en) | 2021-06-10 | 2023-08-08 | Sony Group Corporation | Method of autonomous hierarchical multi-drone image capturing |
WO2023203673A1 (ja) * | 2022-04-20 | 2023-10-26 | 株式会社クボタ | 飛行体制御システムおよび飛行体システム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2020032058A1 (ja) | 2020-02-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2020032058A1 (ja) | 飛行制御装置、方法、及びプログラム | |
US10914590B2 (en) | Methods and systems for determining a state of an unmanned aerial vehicle | |
EP2724204B1 (en) | Method for acquiring images from arbitrary perspectives with uavs equipped with fixed imagers | |
EP3446190B1 (en) | Systems and methods for coordinating device actions | |
JP6671375B2 (ja) | 無人機の飛行補助方法 | |
US10240930B2 (en) | Sensor fusion | |
CN108253967B (zh) | 用于目标相对引导的方法和装置 | |
EP3077879B1 (en) | Imaging method and apparatus | |
KR101574601B1 (ko) | 비전센서가 결합된 다중회전익 무인비행체 및 다중회전익 무인비행체의 자율비행 제어방법, 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체 | |
JP2009173263A (ja) | 無人航空機(uav)によって移動目標物を自律的に追跡するための方法及びシステム | |
US10983535B2 (en) | System and method for positioning a movable object | |
CN115220475A (zh) | 用于uav飞行控制的系统和方法 | |
EP3077760B1 (en) | Payload delivery | |
WO2019203166A1 (ja) | 飛行制御装置、方法、及びプログラム | |
EP3077880B1 (en) | Imaging method and apparatus | |
JP6934116B1 (ja) | 航空機の飛行制御を行う制御装置、及び制御方法 | |
US11287261B2 (en) | Method and apparatus for controlling unmanned aerial vehicle | |
CN116830057A (zh) | 无人机(uav)集群控制 | |
CN108445900A (zh) | 一种无人机视觉定位替代差分技术 | |
WO2019172335A1 (ja) | 飛行制御装置、方法、プログラム、及び記憶媒体 | |
WO2015082594A1 (en) | Determining routes for aircraft | |
WO2019194011A1 (ja) | 飛行制御装置、方法、及びプログラム | |
KR102571330B1 (ko) | 피사체 추적 촬영제어장치, 드론 및 그것의 동작 방법 | |
EP2881698A1 (en) | Payload delivery | |
Seth et al. | AeroBridge: Autonomous Drone Handoff System for Emergency Battery Service |