JP2020149640A - 飛行システム及び着陸制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示す飛行システムは、無人航空機1と、移動体である自動車2とを備える。無人航空機1は、また、自動車2は無人航空機1が離着陸可能な離着陸台3を有する。離着陸台3の設置位置は、無人航空機1が着陸可能であれば特に限定されず、図1に示すように自動車2のルーフや、荷台、ボンネット等適宜の位置とできる。また、離着陸台3の広さは、無人航空機1が着陸可能な大きさとされる。
無人航空機1は、図2に示すように、記憶部11と、カメラ12と、画像認識部13と、センサ部14と、着陸制御部15と、機体制御用信号送受信部16と、映像データ用無線送受信部17と、通信制御部18とを備える。
記憶部11は、各種情報を一時的あるいは恒久的に記憶する。記憶部11は、例えば半導体メモリ、固定ディスク、リムーバルディスク等で構成される。
カメラ12は、図1に示すように、無人航空機1が着陸時に下方を撮像できるように設置されている。具体的な位置は特に限定されないが、例えば図1に示すように無人航空機1の胴体の下面にレンズが下方に向くように取り付けられている。
画像認識部13は、表示装置31に表示された画像の着陸環境情報をカメラ12により認識する。この画像認識部13は、例えばCPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置により構成することができる。上記演算処理装置として、DSP(Digital Signal Processor)等の画像処理専用のプロセッサを用いてもよい。
センサ部14は、無人航空機1の位置や飛行状態等を検出するためのジャイロセンサ、速度センサ、航法センサ等の公知の機体センサを有する。
着陸制御部15は、画像認識部13、センサ部14、及び後述する機体制御用信号送受信部16等から得られる情報に基づき、飛行経路を決定し、安全に無人航空機1を離着陸台3へ着陸できるよう無人航空機1の姿勢や速度、進行方向を制御する。
機体制御用信号送受信部16は、自動車2と無人航空機1との間で機体制御用信号を送受信するためのアンテナである。
映像データ用無線送受信部17は、カメラ12で撮影した映像データを自動車2へ送信し、また自動車2で撮影した映像データを受信するためのアンテナである。
通信制御部18は、機体制御用信号送受信部16及び映像データ用無線送受信部17で自動車2と通信を行うための変復調、符号化及び復号化を行うとともに、記憶部11、カメラ12、画像認識部13、センサ部14、着陸制御部15、機体制御用信号送受信部16及び映像データ用無線送受信部17の間でのデータのやり取りを制御する。
自動車2は、無人航空機1を制御するための車載機4を備える。車載機4は、表示制御部40と、記憶部41と、カメラ42と、画像認識部43と、センサ部44と、距離方位演算部45と、コマンド生成部46と、機体制御用信号送受信部47と、映像データ用無線送受信部48と、通信制御部49とを有する。また、上述のように自動車2は、離着陸台3を備え、離着陸台3は表示装置31を有する。
表示制御部40は、着陸環境情報を含む画像を表示装置31に表示する。具体的には、表示制御部40は、後述する離着陸台3の表示装置31に表示する画像情報データを作成し、表示装置31に送信する。この表示制御部40は、例えばCPU等の演算処理装置により構成することができる。
記憶部41は、各種情報を一時的あるいは恒久的に記憶する。記憶部41は、無人航空機1の記憶部11と同様に構成できる。
カメラ42は、自動車2の離着陸台3へ着陸体勢に入っている無人航空機1を自動車2側から撮影するために用いられる。
画像認識部43は、上述のようにカメラ42で撮影された無人航空機1を認識する。この画像認識部43は、認識対象が無人航空機1である点を除き、無人航空機1の画像認識部13と同様に構成できる。
センサ部44は、離着陸台3の位置、高度、風速及び照度、並びに自動車2の速度及び進行方向を取得するための測定装置等を有する。
距離方位演算部45は、着陸体勢に入っている飛行中の無人航空機1と自動車2との距離と方位とを算出する。距離方位演算部45は、例えばCPU等の演算処理装置により構成することができる。この演算処理装置は、例えば画像認識部43の演算処理装置など他に設けられている演算処理装置の一部又は全部を兼ねてもよいし、それぞれ独立に設けてもよい。以下、演算処理装置で構成されるものについては、同様である。
コマンド生成部46は、離着陸台3の表示装置31に表示すべき着陸環境情報を含む情報の生成と、その情報に対応した無人航空機1への制御コマンドとを生成する。コマンド生成部46は、例えばCPU等の演算処理装置により構成することができる。
機体制御用信号送受信部47は、自動車2と無人航空機1との間で機体制御用信号を送受信するためのアンテナである。この機体制御用信号送受信部47は、無人航空機1の機体制御用信号送受信部16と同様に構成される。
映像データ用無線送受信部48は、カメラ42で撮影した映像データを無人航空機1へ送信し、また無人航空機1で撮影した映像データを受信するためのアンテナである。この映像データ用無線送受信部48は、無人航空機1の映像データ用無線送受信部17と同様に構成される。
通信制御部49は、機体制御用信号送受信部47及び映像データ用無線送受信部48で無人航空機1と通信を行うための変復調、符号化及び復号化を行うとともに、表示制御部40、記憶部41、カメラ42、画像認識部43、センサ部44、距離方位演算部45、コマンド生成部46、機体制御用信号送受信部47、及び映像データ用無線送受信部48の間でのデータのやり取りを制御する。
表示装置31は離着陸台3の上面側に配設されている。表示装置31を離着陸台3の最表面に配設し、表示装置31自体に無人航空機1を着陸させることもできるが、離着陸台3を表面がメッシュ状で、かつ表面側から流入する空気を側方へ流出する空気孔を有する中空板状の部材で構成し、表示装置31を上記部材の中空部で、空気の側方への流出を妨げない位置に配設することが好ましい。このような構成にあっては、無人航空機1は上記部材のメッシュ状部分に着陸する。無人航空機1は着陸時には下方に向かって強い気流を発生するが、この下方気流はメッシュを通過し、上記空気孔を介して側方へ流出する。このため、無人航空機1の着陸直前に発生し易い離着陸台3からの反射気流の影響を低減でき、無人航空機1の着陸制御の安定性を高められる。また、表示装置31を上記部材の中空部に配設することで、無人航空機1が直接着陸することがないため、表示装置31の故障や破損の発生を低減できる。なお、この構成では、メッシュの径は、表示装置31の表示を上空から識別可能な程度に粗くされる。
当該飛行システムでは、移動体である自動車2に設けられた離着陸台3が上空から識別可能な表示装置31を有し、着陸環境情報を含む画像を表示装置31に表示する。このため、当該飛行システムでは、離着陸台3の着陸環境の変化に合わせて画像を更新することができるので、その着陸環境変化に追従し易い。また、当該飛行システムでは、無人航空機1は表示装置31に表示された画像をカメラ12により認識し、その画像から得られる着陸環境情報を利用して着陸制御を行う。このため、離着陸台3の着陸環境の変化に合わせて更新された上記画像を適確に利用することができるので、無人航空機1を容易に離着陸台3へ着陸させることができる。さらに、当該飛行システムでは、自動車2及び無人航空機1間の情報の伝達に画像を用いる。画像によるフィードバック制御は無線によるフィードバック制御よりも高速に行えるので、当該飛行システムは、無人航空機1のきめ細かい飛行制御を可能とし、着陸の位置精度を高められる。
次に、着陸制御方法について図5を用いて説明する。当該着陸制御方法は、当該飛行システムで用いられる。つまり、当該着陸制御方法は、カメラ12を有する無人航空機1を、移動体(自動車2)が有する離着陸台3に着陸させる着陸制御方法である。また、離着陸台3が、上空から識別可能な表示装置31を有している。
誘導ステップ(STEP1)では、無人航空機1のカメラ12が離着陸台3の表示装置31の画像を認識できる位置まで自動車2が無人航空機1を誘導する。
画像表示ステップ(STEP2)では、誘導ステップ(STEP1)後に、着陸環境情報を含む画像を表示装置31に自動車2が表示する。
画像取得ステップ(STEP3)は、誘導ステップ(STEP1)後に、表示装置31に表示された画像をカメラ12により無人航空機1が取得する。
無人航空機1は、まず着陸環境情報を好適に抽出できるようカメラ12の倍率を調整する。カメラ12の倍率を高めるほど着陸環境情報を抽出し易くなると考えられるが、一方倍率が高過ぎると、カメラ12の視野内に表示装置31が入りきらないおそれがある。このため、無人航空機1は、画像認識部13により認識される画像をもとに、必要な情報を全て取得可能な高倍率を選択するとよい。このようにカメラ12の倍率を調整することで、画像認識を容易に行えるようになるので、認識処理時間を小さくすることができ、精度の高い着陸制御を可能とする。
カメラ12で撮影された映像内の距離と実空間での距離は異なるため、まず映像と実空間との距離の倍率を算出する。具体的な算出方法ついて、無人航空機1のカメラ12から離着陸台3を撮影している図6を用いて説明する。無人航空機1のカメラ12の視野角θは既知であり、選択された倍率により決まる。また、無人航空機1のカメラ12に撮影される画像Sの大きさ(例えば図6のL)も既知である。この場合、着陸環境情報として送信されてくるQRコード31bに含まれる離着陸台3の高度と自機の高度との差(図6のH)を用いて、無人航空機1のカメラ12の画像に対する実空間の倍率は、H×tan(θ/2)/Lで算出できる。この倍率を用いて、カメラ12で撮影された画像上の距離を実空間の距離に変換する。
QRコード31bに車両IDや航空機IDの情報が含まれる場合、画像認識部13は、この車両ID及び航空機IDの情報から、自機が着陸すべき対象であるか否かを照合する。照合できない場合は、例えば自動車2の車載機4と通信することで、誘導ステップ(STEP1)を再実行し、正しい着陸場所へ移動する。照合できた場合は、着陸環境情報の抽出を継続する。
無人航空機1と離着陸台3の着陸中心点Mとの距離及び方位は、無人航空機1のカメラ12により撮影された映像に基づいた画像解析により算出する。この算出において、着陸環境情報として送信されてくるQRコード31bに含まれる離着陸台3の照度を用い、カメラ12の映像を調整することで、着陸中心点Mの認識精度を高めることができる。また、自動車2の基準点を特定するため、着陸環境情報として送信されてくるQRコード31bに含まれる離着陸台3の位置を用いる。さらに、着陸環境情報として送信されてくるQRコード31bに含まれる離着陸台3の風速により着陸地点の実際の風速に基づいた着陸態勢の微修正を行うことができる。
自動車2の速度及び進行方向は、無人航空機1のカメラ12の映像の経時変化から求めることもできるが、着陸環境情報として送信されてくるQRコード31bに含まれる自動車2の速度及び進行方向を用いることで、その精度を高めることができる。
着陸制御ステップ(STEP4)では、画像取得ステップ(STEP3)で取得した画像の着陸環境情報に基づいて、無人航空機1が着陸制御を行う。
図4に示すように、表示装置31では一対のQRコード31b(着陸環境情報)が着陸中心点Mを中心に点対象に配置されている。このQRコード31bを結ぶ直線が自動車2の進行方向に対してなす角度は常に一定であるので、自機から見た上記直線の角度が所定の角度となるように姿勢を制御することで、自動車2の進行方向に対して適切な姿勢とすることができる。なお、上記所定の角度は既知であるので、例えば自動車2の車載機4から機体制御用信号送受信部47を介して送信する方法や、予め無人航空機1の記憶部11に格納しておく方法を用いることで、無人航空機1は参照することができる。
上述のように一対のQRコード31bを結ぶ線分の2等分点が着陸中心点Mとなるので、一対のQRコード31bを結ぶ線分の2等分点の直上に移動するように無人航空機1を制御するとよい。この際、自動車2の速度及び進行方向の補正も併せて行うとよい。また、無人航空機1のセンサ部14から得られる風速や気流等の影響を考慮するとよい。これらを考慮することで、着陸精度を高めることができる。
当該着陸制御方法では、無人航空機1のカメラ12が離着陸台3の表示装置31の画像を認識できる位置まで移動体である自動車2が無人航空機1を誘導した後、着陸環境情報を含む画像を表示装置31に自動車2が表示する。また、当該着陸制御方法では、無人航空機1は表示装置31に表示された画像をカメラ12により認識し、その画像から得られる着陸環境情報を利用して着陸制御を行う。当該着陸制御方法では、離着陸台3の着陸環境の変化に合わせて画像を更新することができるので、その着陸環境変化に追従し易い。このため、当該着陸制御方法では、離着陸台3の着陸環境の変化に合わせて更新された上記画像を適確に利用することができるので、無人航空機1を容易に離着陸台3へ着陸させることができる。さらに、当該着陸制御方法では、自動車2及び無人航空機1間の情報の伝達に画像を用いる。画像によるフィードバック制御は無線によるフィードバック制御よりも高速に行えるので、当該着陸制御方法を用いることで、無人航空機1のきめ細かい飛行制御を可能とし、着陸の位置精度を高められる。
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
11 記憶部
12 カメラ
13 画像認識部
14 センサ部
15 着陸制御部
16 機体制御用信号送受信部
17 映像データ用無線送受信部
18 通信制御部
2、2B 自動車
3 離着陸台
31 表示装置
31a ヘリポートマーク
31b QRコード
4 車載機
40 表示制御部
41 記憶部
42 カメラ
43 画像認識部
44 センサ部
45 距離方位演算部
46 コマンド生成部
47 機体制御用信号送受信部
48 映像データ用無線送受信部
49 通信制御部
M 着陸中心点
A ファインダーパターン
S 画像
L 画像の大きさ
H 高度差
Claims (6)
- 無人航空機と、
上記無人航空機が離着陸可能な離着陸台を有する移動体と
を備え、
上記離着陸台が、上空から識別可能な表示装置を有し、
上記移動体が、
着陸環境情報を含む画像を上記表示装置に表示する表示制御部を有し、
上記無人航空機が、
カメラと、
上記表示装置に表示された画像の着陸環境情報を上記カメラにより認識する画像認識部と、
上記画像認識部が取得した着陸環境情報に基づいて着陸制御を行う着陸制御部と
を有する飛行システム。 - 上記着陸環境情報が、上記離着陸台の位置、高度、風速及び照度、並びに上記移動体の速度及び進行方向のうちの少なくとも1つを含む請求項1に記載の飛行システム。
- 上記移動体が、複数の上記離着陸台を有し、
それぞれの上記離着陸台の表示装置に離着陸台識別子が表示される請求項1又は請求項2に記載の飛行システム。 - 上記表示制御部が表示する画像により、上記無人航空機の着陸時に上記着陸環境情報が実質的にリアルタイムで更新される請求項1、請求項2又は請求項3に記載の飛行システム。
- 上記表示制御部が表示する画像が、二次元バーコードを含む請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の飛行システム。
- カメラを有する無人航空機を、移動体が有する離着陸台に着陸させる着陸制御方法であって、
上記離着陸台が、上空から識別可能な表示装置を有し、
上記無人航空機のカメラが上記離着陸台の表示装置の画像を認識できる位置まで上記移動体が上記無人航空機を誘導するステップと、
上記誘導ステップ後に、着陸環境情報を含む画像を上記表示装置に上記移動体が表示するステップと、
上記誘導ステップ後に、上記表示装置に表示された画像を上記カメラにより上記無人航空機が取得するステップと、
上記画像取得ステップで取得した画像の着陸環境情報に基づいて、上記無人航空機が着陸制御を行うステップと
を備える着陸制御方法。
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