JP2024028683A - 移動体、情報処理方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

移動体、情報処理方法及びコンピュータプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】移動体、情報処理方法及びコンピュータプログラムを提供する。【解決手段】本開示の移動体は、前記移動体の周囲の環境を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された画像に基づき、前記移動体の位置を推定する推定部と、前記移動体の移動を制御する制御指令に基づき、前記移動体の位置を算出する算出部と、前記推定部により推定された前記移動体の位置である第1位置と、前記算出部により算出された前記移動体の位置である第2位置とに基づき、前記移動体に作用する風の情報を算出する風情報算出部と、を備える。【選択図】図4

Description

本開示は、移動体、情報処理方法及びコンピュータプログラムに関する。
ドローンは、空撮、計測、災害救助、輸送物流、エンターテイメントのパフォーマンスなど様々な用途に用いられる。飛行中のドローンは風の影響を受けやすい。風により、ドローンの姿勢が変動したり、ドローンの位置がずれたりする。風が吹いている状況でも、ドローンを安定して飛行させたいニーズがある。
下記特許文献1は、周辺及び進行方向に吹く風の状態を判定する装置を開示している。この装置では、撮像した風景画像の中に、複数の構造物間に懸垂される線状物の画像が存在する必要がある。また複数の構造物と線状物とがなす面の法線ベクトル方向のみ風の向きを検知可能である。したがって、複数の構造物間に懸垂される線状物がない環境や、検知可能な方向以外の風が吹いている場合には、風の状態を判定できず、ドローンを安定して飛行させることはできない。
特開2017-173238号公報
本開示は、移動体を安定して移動させることを可能にする移動体、情報処理方法及びコンピュータプログラムを提供する。
本開示の移動体は、前記移動体の周囲の環境を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された画像に基づき、前記移動体の位置を推定する推定部と、前記移動体の移動を制御する制御指令に基づき、前記移動体の位置を算出する算出部と、前記推定部により推定された前記移動体の位置である第1位置と、前記算出部により算出された前記移動体の位置である第2位置とに基づき、前記移動体に作用する風の情報を算出する風情報算出部と、を備える。
本開示の情報処理方法は、移動体の周囲の環境を撮像し、撮像された画像に基づき、前記移動体の位置を推定し、前記移動体の移動を制御する制御指令に基づき、前記移動体の位置を算出し、推定された前記移動体の位置である第1位置と、算出された前記移動体の位置である第2位置とに基づき、前記移動体に作用する風の情報を算出する。
本開示のコンピュータプログラムは、移動体の周囲の環境を撮像した画像に基づき、前記移動体の位置を推定するステップと、前記移動体の移動を制御する制御指令に基づき、前記移動体の位置を算出するステップと、推定された前記移動体の位置である第1位置と、算出された前記移動体の位置である第2位置とに基づき、前記移動体に作用する風の情報を算出するステップとをコンピュータに実行させる。
本開示の実施形態に係る通信システムの一例のブロック図。 本開示の実施形態に係る通信システムの他の例のブロック図。 本実施形態の概要を説明するための図。 風検知ドローンの一例のブロック図。 移動ベクトルA、移動ベクトルB及び風ベクトルの例を示す図。 算出された移動量A、移動量Bの例を示す図。 風が無い場合に移動量Aと移動量Bは一致又は概ね一致する例を示す図。 移動量A、移動量B及び風による移動量Cの例を示す図。 ターゲットドローンの一例のブロック図。 ターゲットドローンが位置の変動を抑制する制御を行う例を示す図。 障害物から回避する具体例を示す図。 障害物から回避する他の具体例を示す図。 本実施形態の動作の具体例を示す図。 図13に続く動作例を示す図。 風検知ドローンの動作の一例を示すフローチャート。 ターゲットドローンの動作の一例を示すフローチャート。 変形例2に係る風検知ドローンのブロック図。 情報処理装置のハードウェア構成の一例を示す図。
以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。本開示において示される1以上の実施形態において、各実施形態が含む要素を互いに組み合わせることができ、かつ、当該組み合わせられた結果物も本開示が示す実施形態の一部をなす。
図1は、本開示の実施形態に係る通信システムの一例のブロック図である。図1の通信システムは、複数の移動体101A、101B、101Cと、基地局151とを備えている。本実施形態の移動体はドローン(無人航空機)であり、移動体101A~101Cをドローン101A~101Cと表記する。ドローンは移動体の一例であり、移動体は、ロボット無人搬送車、又は自動運転車など、自律又はマニュアル操作により移動可能な装置であれば、何でもよい。図では3台のドローンが示されるが、ドローンの台数は1台でも、2台でも、4台以上でもよい。ドローン101A、ドローン101B及びドローン101Cはそれぞれ基地局151と双方向に無線通信可能である。またドローン101A~101Cは互いに通信可能である。ドローン101A~101Cは基地局151を介して、又は直接の通信により、互いの位置を相互に確認可能である。任意の1台のドローンを、ドローン101と表記する。
ドローン101は、複数のロータを駆動することにより飛行可能な移動体である。ドローン101は、基地局151の制御の下、飛行を行う。ドローン101は、基地局151から経路を指定され、指定された経路を飛行してもよい。ドローン101は基地局151から出発地と目的地とを指定され、出発地から目的地への経路を自ら生成してもよい(自律飛行)。
図2は、本開示の実施形態に係る通信システムの他の例のブロック図である。図1と同一名称の要素には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。図2の例では、ドローン101A~101Cが、ユーザによりリモコン102A~102Cにより操作される。任意の1台のリモコンを、リモコン102と表記する。ドローン101A~101Cは、ユーザからリモコン102A~102Cを介して入力される制御指令に従って飛行する(マニュアル飛行)。ドローン101A~101Cは互いに通信可能であり、互いの位置を確認可能である。
ドローン101A~101Cのうちの一部がリモコンにより操作され、残りの一部が基地局151によって制御されてもよい。
図3は、本実施形態の概要を説明するための図である。ドローン101A~101Cのうちの1台を風検知ドローン201、他の一台をターゲットドローン202とする。
図3(A)において、風検知ドローン201とターゲットドローン202が地表211上を飛行しており、予め指定された作業(例えば空撮)を行っている。風検知ドローン201とターゲットドローン202は停止(ホバリング)していても、移動中であってもよい。
図3(B)に示すように、風検知ドローン201に左から風Fが吹く。風検知ドローン201は、自機に搭載されている撮像装置により検出された画像等に基づき自機の位置(第1位置)を推定する。また風検知ドローン201は、自機に基地局又はリモコンから入力された移動の制御指令に基づいて自機の位置(第2位置)を計算する。風検知ドローン201は、第1位置と第2位置とに基づいて、風Fの情報(例えば風速、風向など)を取得する。
風検知ドローン201は、風Fの情報を、風向きの下流に存在するターゲットドローン202に送信する。ターゲットドローン202は、風が到来する前に、風検知ドローン201から風の情報を受信する。
図3(C)に示すように、ターゲットドローン202は、受信した風の情報に基づき、これから自機に向かってくる風により自機の位置が変動することを抑制又は阻止する制御を行う。例えば複数のロータの出力を制御して、自機の加速度等を制御する。これにより、ターゲットドローン202は、風により位置が変動することから阻止され、あるいは位置の変動を少なくでき、風の到来前から行っていた作業を同じ場所で安定して継続できる。なお、図3(C)において、風検知ドローン201の図示は省略している。
このようにターゲットドローン202は、自機より風向きの上流に存在する風検知ドローン201から風の情報を事前に取得することで、自機が風の影響により移動させられることを阻止又は抑制できる。
図4は、風検知ドローン201の一例のブロック図である。風検知ドローン201は、複数のロータ21A~21D、複数のモータ22A~22D、及び情報処理装置1を備えている。情報処理装置1は、制御部23、通信部24、撮像部25、IMU(Inertial Measurement Unit)26、GPS受信部27、画像取得部28、位置・姿勢推定部29(推定部)、記憶部30、第1移動ベクトル算出部31、風情報算出部32、第2移動ベクトル算出部33(算出部)、及び記憶部34を備えている。風情報算出部32は風検知部32Aを含む。
撮像部25は、風検知ドローン201が飛行する空間における撮像範囲をセンシングし、複数の画素の画素値を含む画像を取得する撮像装置である。撮像部25は、一例としてRGBカメラ又は赤外線カメラ等の輝度カメラを含む。撮像素子は、例えば、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等である。撮像部25は、輝度カメラに加えて、あるいは、輝度カメラの代わりに、ステレオカメラ、レーダ、TOF(Time Of Flight)カメラ又はLiDAR(Light Detection and Ranging)等のデプスカメラ(距離カメラ)を含んでいてもよい。撮像部25の台数及び設置位置は任意でよい。一例として、撮像部25は風検知ドローン201の周囲及び下方(地表側)を撮像可能な位置に1つ以上設置される。撮像部25の位置及び姿勢は固定でもよいし、撮像部25の位置を移動及び姿勢を制御部23により変更可能であってもよい。撮像部25の撮像タイミングは制御部23によって制御されてもよい。撮像部25は、例えば一定のレート又は任意のタイミングで撮像を行ってもよい。
画像取得部28は、撮像部25から撮像される画像(例えば地表を含む画像)を取得する。画像取得部28は、取得した画像を位置・姿勢推定部29に提供する。画像取得部28は、取得した画像に時刻を付加してもよい。
IMU26は、風検知ドローン201の加速度及び3軸の角速度の少なくとも一方を含む慣性データを検出する。IMU26は、検出した慣性データを、位置・姿勢推定部29に提供する。
GPS受信部27は、GPS(Global Positioning System)衛星からの信号を受信し、受信した信号に基づき、ドローン201の位置を検出する。GPS受信部27は、検出した位置を示す位置情報を、位置・姿勢推定部29又は通信部24に提供する。位置情報は、緯度と経度でもよい。あるいは、位置情報は、例えば、(X,Y,Z)=(7.3m、4.1m、15.8m)のような、基地局又はリモコンの位置を原点又は所定の位置とした3軸の座標系(XYZの座標系)でもよい。
風検知ドローン201は、図示しないセンサ、例えば、方位センサ(ジャイロセンサ、GPSコンパス又は電子コンパスなど)、超音波センサ、及び気圧センサを含んでもよい。
ロータ21A~21Dは、回転により揚力を生じさせることで風検知ドローン201を飛行させる。ロータ21A~21Dはモータ22A~22Dにより回転させられる。モータ22A~22Dは、ロータ21A~21Dを回転させる。モータ22A~22Dの回転は制御部23によって制御される。
制御部23は、風検知ドローン201の全体を制御する。
制御部23は、モータ22A~22Dの回転速度の調整により、ロータ21A~21Dの回転速度を調整する。制御部23は、ロータ21A~21Dの回転速度を調整することで、風検知ドローン201を任意の姿勢に調整し、風検知ドローン201に任意の加速度を付与できる。これにより、風検知ドローン201を任意の方向及び任意の速度で移動させることができる。
制御部23は、撮像部25及びIMU26のセンシングを制御する。
通信部24は、飛行又は作業に関する制御指令(指示データ)を、基地局151又はリモコン102から受信する。通信部24は、例えば一定のサンプル時間間隔で制御指令を受信する。通信部24は、受信した制御指令を制御部23に提供する。制御部23は、制御指令に従って飛行及び作業を行うよう風検知ドローン201を制御する。作業の内容は、空撮、計測、災害救助、輸送物流又はパフォーマンス等、任意でよい。
通信部24は、基地局151又はリモコン102と無線通信を行うことにより、情報又はデータの送受信を行う。また、通信部24は、他のドローン(例えばターゲットドローン202)と無線通信を行うことにより、情報又はデータの送受信を行う。通信部24は他のドローンと通信を行うことで、互いに位置を確認可能である。例えば通信部24はGPS受信部27で検出された位置の情報を他のドローン又は基地局151に送信してもよい。無線通信の方式は任意でよい。一例として、IEEE802.11規格、IEEE802.15.1規格、その他の規格によるものでもよい。無線通信に使用する周波数帯域は、例えば2.4GHz帯、5GHz帯、又はその他の周波数帯域である。
制御部23は、通信部24を用いて、基地局151又はリモコン102との間の情報又はデータの送受信に関する処理を制御する。また、制御部23は、通信部24を用いて、他のドローン(ターゲットドローン202等)との間の情報又はデータの送受信に関する処理を制御する。
制御部23は、基地局151又はリモコン102から通信部24を介して受信する制御指令を実行して、飛行経路に沿った飛行および作業を行うよう制御する。
第2移動ベクトル算出部33は、制御部23で実行される移動の制御指令に基づき、風検知ドローン201が移動する距離(移動量B)と移動する方向とを含む移動ベクトル(移動ベクトルBとする)を算出する。制御指示の例として、例えば移動の方向と、移動速度とが含まれる。制御部23は、移動速度と、制御指令で指示される移動時間(例えば制御指令がサンプル時間ごとに発行される場合は1つの制御指令は1サンプル時間に対応)との積により移動量を算出できる。あるいは、制御指令に移動量が直接含まれている場合は、制御部23は、制御指示に含まれる移動量を用いてもよい。制御指令の実行前の位置(移動前の位置)は、後述する記憶部30に記憶された位置を用いる(あるいは、GPS受信部27で検出された位置を用いることも排除されない)。第2移動ベクトル算出部33は、算出した移動ベクトルB(移動量Bと移動方向)の情報を記憶部34に格納する。また、第2移動ベクトル算出部33は、算出した移動ベクトルBの情報を、風情報算出部32に提供する。第2移動ベクトル算出部33は制御指令に基づき風検知ドローン201の位置を算出する算出部を含む。
位置・姿勢推定部29は、画像取得部28から提供された周囲の環境の画像と、IMU26からの慣性データに基づき、風検知ドローン201の位置及び姿勢を推定する。位置・姿勢推定部29は、姿勢の推定を省略し、位置のみを推定する場合もあり得る。推定した姿勢の情報は制御部22に提供し、姿勢制御に用いることができる。推定した位置は後述するように風情報を算出するために用いられる。位置・姿勢推定部29は、推定した位置及び姿勢の情報を記憶部30に格納する。また、位置・姿勢推定部29は、推定した位置及び姿勢の情報を第1移動ベクトル算出部31に提供する。位置・姿勢推定部29は、上述の周囲の環境の画像、慣性データ、及びGPSの位置情報を時刻に関連付けて記憶部30に格納してもよい。
位置・姿勢推定部29が位置及び姿勢を推定する具体例として、SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)を用いることができる。位置・姿勢推定部29は、SLAMを用いて、対象時刻(現在時刻)における位置及び姿勢を推定することができる。SLAMとは、自己位置推定と環境マップ作成を同時に行う技術のことである。SLAMを用いる場合、例えば、移動前の風検知ドローン201の周囲の画像と、移動後の風検知ドローン201の周囲の画像とを比較し、両画像で同じ特徴点を見つけ、位置合わせする。そして、移動前の位置及び姿勢を基準として、慣性データを積分することにより、移動後の位置と姿勢を推定する。移動前の位置は、前回推定した位置を用いることができる。但し、動作の初回又は動作をいったんリセットした場合などは、GPS受信部27で検出した位置を初期位置として用いる。また、移動前の姿勢は、前回推定した値を用いることができる。移動前の位置及び姿勢は、制御部23で制御指令を実行する前の位置及び姿勢である。移動前と移動後との間の時間は移動時間に対応する。このようにして、SLAMを用いることで、移動後の位置及び姿勢を高精度に推定することができる。GPS受信部27を用いて移動後の位置を取得する場合、GPSの誤差のために高精度な位置検知が困難となるが、SLAMを用いることで移動後の位置を高精度に算出することが可能になる。
第1移動ベクトル算出部31は、対象時刻の位置(移動後の位置)と対象時刻より移動時間前の位置(移動前の位置)との差分に基づき、移動ベクトルAを算出する。移動ベクトルAは、風検知ドローン201が移動した距離(移動量A)と、移動の方向とを含む。第1移動ベクトル算出部31は、移動ベクトルAを算出するため、移動前の位置(例えば前回推定した位置)の情報を記憶部30から取得する。第1移動ベクトル算出部31は、算出した移動ベクトルAの情報を風情報算出部32に提供する。
風情報算出部32は、第1移動ベクトル算出部31により推定された移動ベクトルA(移動量Aと移動方向)と、第2移動ベクトル算出部33により算出された移動ベクトルB(移動量Bと移動方向)とに基づき、風検知ドローン201に作用している風の情報(風情報)を算出する。より詳細には、風情報部は、移動ベクトルA,Bの差分を風ベクトルとして算出する。
図5は、第2移動ベクトル算出部33により算出された移動ベクトルB、第1移動ベクトル算出部31により算出された移動ベクトルA、風情報算出部32により算出された風ベクトル(風ベクトルをWで示す)の例を示す。風ベクトルWの大きさ(長さ)が風により風検知ドローン201が移動した距離に対応する。風ベクトルWの方向が、風の向きに対応する。
風情報算出部32の風検知部32Aは、風ベクトルWの大きさが閾値より大きいかを判断する。閾値以下の場合は、風は吹いていないと判断又は風は吹いていないと見なす。風ベクトルWの大きさが閾値より大きい場合は、風情報算出部32は、風ベクトルWに基づき、風の速さと風の向きを算出する。上述のように、風の向きは、風ベクトルWの方向である。また、風の速さは、風ベクトルWの長さを、上述の移動時間で除算することで算出する。風情報算出部32は、風の速さと風の向きとを含む風情報を通信部24に提供する。
上述した記載では移動ベクトルA、Bを用いて風情報を算出したが、第2移動ベクトル算出部33により算出された位置(第2位置)と、位置・姿勢推定部29で推定された位置(第1位置)に基づく限り、他の方法で風情報を算出してもよい。例えば第1位置と推第2位置間の差分(距離)を、風検知ドローン201の移動時間で除算して、風の速さを算出してもよい。また第1位置から第2位置への方向を、風の向きとすればよい。
図6~図8を用いて、風検知ドローン201の移動量A,B及び風の速さを算出する具体例を示す。
図6は、第1移動ベクトル算出部31により算出された移動量Aと、第2移動ベクトル算出部33により算出された移動量Bをそれぞれ一例として示す。移動量Aは移動ベクトルAの長さに対応し、移動量Bは移動ベクトルBの長さに対応する。この例では簡単のため、風により風検知ドローン201が移動した方向は制御指令で指示する方向と一致しており、風の影響による移動方向の変化はなかったものとする。移動量Aと移動量Bとの差分が、風により風検知ドローン201が移動した距離(風による移動量Cとする)、すなわち風ベクトルWの長さに対応する。よって、図6の例の場合、風の速さは、風速(m/s)=C/移動時間、によって算出される。
なお、仮に風が無い場合は、移動量Aと移動量Bは一致又は概ね一致する。
図7は、風が無い場合に移動量Aと移動量Bは一致又は概ね一致する例を示す。
上述した図6の例では、制御指令が指示する方向が風の向きに一致していたが、制御指令が指示する方向が風と反対方向の場合、すなわち風検知ドローン201が風に対抗した動きをする場合もあり得る。
図8は、風検知ドローン201が風に対抗した動きをする場合の移動量A、移動量B及び風による移動量Cの例を示す。この場合も図5の例と同様にして、移動量A,B,C及び風速を算出することができる。すなわち、風の速さは、風速(m/s)=C/移動時間、によって算出される。
通信部24は、風情報算出部32から風情報を受け取り、風情報をターゲットドローン202に送信する。具体的には、通信部24は、使用する通信方式に応じたパケットによって、風情報を送信する。なお、風の速さと、風の向きとを同じパケットで送信してもよいし、別々のパケットで送信してもよい。なお、パケットは情報の伝送単位を表すものであり、フレーム、セグメント又はデータグラムなどに読み替えてもよい。通信部24は、他のドローンと通信を行うことで、互いに位置を確認可能である。交換する互いの位置はGPS受信部57で検出された位置を用いればよい。但し、記憶部30に格納された位置を用いてもよい。
風検知ドローン201は図4に示した以外の要素を備えていてもよい。例えば、風検知ドローン201は、風検知ドローン201内の各要素を動作させるための電力エネルギーを蓄えるバッテリを備えていてもよい。バッテリは、放電のみが可能な一次電池でも、充放電可能な二次電池であってもよい。また風検知ドローン201が行う作業に応じて必要な装置(アーム、かご、空撮用カメラ又は消化器等)を備えていてもよい。
図9は、ターゲットドローン202の一例のブロック図である。ターゲットドローン202は、複数のロータ51A~51D、複数のモータ52A~52D及び情報処理装置2を備えている。情報処理装置2は、制御部53、通信部54、撮像部55、IMU(Inertial Measurement Unit)56、GPS受信部57、画像取得部58、位置・姿勢推定部59、周辺環境認識部60、風情報受信部61、風到達時間算出部62、行動計画部63、制御信号生成部64及び制御部53を備えている。
ロータ51A~51D、モータ52A~52D、通信部54、撮像部55、IMU56、GPS受信部57、画像取得部58、位置・姿勢推定部59は、図4に示した風検知ドローン201におけるロータ21A~21D、モータ22A~22D、通信部24、撮像部25、IMU26、GPS受信部27、画像取得部28、位置・姿勢推定部29と同様であるため、説明を省略する。
風情報受信部61は、通信部54を介して、風検知ドローン201から送信された風情報を受信する。風情報受信部61は、受信した風情報を風到達時間算出部62と行動計画部63とに提供する。
風到達時間算出部62は、風情報受信部61からの風情報と、位置・姿勢推定部59で推定されたターゲットドローン202の位置(現在の位置)に基づいて、風がターゲットドローン202に到着するまでの時間(到達時間)を算出する。風の到達時間は、ターゲットドローン202から風検知ドローン201までの距離を風速で除算することにより算出できる。風検知ドローン201までの距離は、風検知ドローン201の位置とターゲットドローン202の位置との差分から算出できる。風検知ドローン201の位置は、風検知ドローン201の位置・姿勢推定部59で推定した位置又はGPS受信部27で検出された位置を用いればよい。風検知ドローン201の位置は風情報に含められてターゲットドローン202に送信されてもよいし、風情報とは別に通信部54を介した通信で取得してもよい。風到達時間算出部62は、算出した風の到達時間の情報を、行動計画部63に提供する。
周辺環境認識部60は、画像取得部58で取得された画像を取得し、ターゲットドローン202の周囲環境を認識する。例えば、ターゲットドローン202の周囲の障害物の有無を判定し、存在する場合は、障害物の識別を行い、さらに識別した障害物の位置及び大きさ等を特定する。周辺環境認識部60は、周囲の環境情報を行動計画部63に提供する。
行動計画部63は、周囲の環境情報と、風の到達時間の情報と、風情報とに基づいて、ターゲットドローン202が行うべき行動又は動作を決定する。
行動計画部63は、例えば風の到達時間に合わせて風による位置の変動を抑制する制御を行う。例えばX秒後に風速Y[m/s]の風が特定の方向から到達する場合、X秒後から風と反対方向に風に対抗する加速度を生成することで、位置の変動を抑制する制御を行う。風の吹いている時間の長さは、例えば、上述の風検知ドローン201の移動時間と同じ時間長としてもよい。例えば制御指令がサンプル時間ごとに発行され、1つの制御指令ごとに風検知ドローンの動作を行う場合は、移動時間は1サンプル時間に対応する。複数の制御指令分に対して風検知ドローンの動作を行う場合は、制御指令の個数にサンプル時間を乗じた値が移動時間に対応する。風検知ドローン201が送信する風情報に移動時間の値を含めてもよい。
図10は、ターゲットドローン202が位置の変動を抑制する制御を行う例を示す。図10の上側に示すうように、風検知ドローン201から風情報を受信したターゲットドローン202が風検知ドローン201までの距離と風速とから風の到達時間を算出する。図10の下側に示すように、ターゲットドローン202は、風の到達時間に合わせて、自機を制御し、風による移動を防ぐ。
また、行動計画部63は、ターゲットドローン202の周囲に障害物(例えば壁、他のドローン等)がある場合に、障害物に衝突しないように障害物から回避する行動を決定してもよい。障害物からの回避は、風速が上限値を超えた場合、すなわち風が強風の場合に行ってもよい。この場合、行動計画部63は、ターゲットドローン202の制御に拘わらず、ターゲットドローン202が風により流されると判断し、回避行動を行うことを決定する。障害物からの回避は、一例として、障害物がターゲットドローン202から回避距離内にある場合に行う。回避距離は予め定められた距離でもよいし、風速に応じた距離(例えば風速が大きいほど大きな距離)でもよい。
図11は、障害物から回避する具体例を示す。ターゲットドローン202の近傍に障害物として風の下流の方向に壁270が存在する。ターゲットドローン202は風の向きに沿って壁と重ならない箇所に移動する。図の例ではターゲットドローン202が急上昇している。これによりターゲットドローン202が風に流されたとしても壁に衝突することを防止できる。ターゲットドローン202は、急上昇後に、位置の変動を抑制する制御を追加で行ってもよい。
図12は、障害物から回避する他の具体例を示す。複数のターゲットドローン202が密集している。複数のターゲットドローン202は互いの距離を大きくするように連携し、散開する。複数のターゲットドローン202が風に流されたとしても、互いに衝突することを防止できる。複数のターゲットドローン202は、散開後、位置の変動を抑制する制御を追加で行ってもよい。
ターゲットドローン202は図示した以外の要素を備えていてもよい。例えば、ターゲットドローン202は、ターゲットドローン202内の各要素を動作させるための電力エネルギーを蓄えるバッテリを備えていてもよい。バッテリは、放電のみが可能な一次電池でも、充放電可能な二次電池であってもよい。またターゲットドローン202が行う作業に応じて必要な装置(アーム、かご、空撮用カメラ又は消化器等)を備えていてもよい。
以下、図13及び図14を用いて、本実施形態の動作の具体例を示す。
図13は、本実施形態の動作の具体例を示す。
図13の上側に示すように、地表211上において、風検知ドローン201とターゲットドローン202とが同じ高さにいる。ターゲットドローン202がホバリングしながら作業を行っている。ターゲットドローン202から初期距離Hである50[m]離れた場所で、風検知ドローン201が位置している。この状況で、風検知ドローン201が制御指令により左方向に移動する動作を開始すると同時に、同時に反対方向から風Fが吹き、図13の下側に示すように、風検知ドローン201は、風Fの向きに3秒間、10[m]流される。制御指令は5/3[m/s]の速度で、3秒間進むことを指示するものであったとする。
この場合、第2移動ベクトル算出部33により算出される移動量Bは、5/3×3=5[m](図では右方向を正としているため、-5[m]と表記されている)である。また第1移動ベクトル算出部31により算出される移動量Aは10[m]である。よって、風による移動量Cは、5+10=15[m]である。よって、風速=移動量C/移動時間=15/3=5[m/s]である。
図14は、図13に続く動作例を示す。風検知ドローン201は風速を計算している間に流された距離(移動量D)を計算する。移動量Dの計算に必要な処理時間が仮に0.4[s]であるとすると、移動量D=風速×処理時間=5[m/s]×0.4[s]=2[m]である。
この時点で風検知ドローン201からターゲットドローン202までの距離(残存距離Eとする)は、初期距離Hから、移動量Aと移動量Dとを引くことにより算出される。したがって、残存距離E=初期距離H-移動量A-移動量D=50-10-2=38[m]である。
よって、風Fがターゲットドローンに到達するまでに要する到達時間は、以下のように算出される。
到達時間=残存距離E/風速=38/5=7.6[s]
ターゲットドローン202は、風情報を受信してから7.6秒後に到達する5[m/s]の風に対して適切な制御を行うことで、風による位置の変動を防止し、安定した作業を継続できる。上述した記載では、風速を計算している間に流された距離(移動量D)を考慮したが、風速の計算に要する時間が十分短い場合は、風速を計算する時間を考慮しなくてもよい。また風速の計算に要する時間は、ターゲットドローン202に予め与えられていてもよい。
図15は、風検知ドローン201の動作の一例を示すフローチャートである。画像取得部28が撮像部25から画像を取得する(S101)。位置・姿勢推定部29が、取得した画像と、IMU26により検出される慣性データとに基づき、SLAMを用いた画像処理を行により、風検知ドローンの位置及び姿勢を推定する(S102)。なお、位置及び姿勢の少なくとも一方を推定するために、慣性データを用いず、画像のみから推定する方法も可能である。第1移動ベクトル算出部31が、推定された位置と、移動前の位置(移動時間前の位置)との差分に基づき、移動ベクトルAを算出する(同S102)。なお、推定された姿勢の情報は制御部23に通知し、風検知ドローン201の姿勢制御に用いることができる。一方、制御部23は、制御指令を実行して風検知ドローン201の移動を制御し、第2移動ベクトル算出部33は、制御指令から計算される移動後の位置に基づき、移動ベクトルBを算出する(S103)。風情報算出部32は、移動ベクトルAと移動ベクトルBとの差分に基づき、風ベクトルWを算出する(S104)。風情報算出部32の風検知部32Aは風ベクトルWの大きさが閾値より大きいかを判断し(S105)、閾値以下の場合は風の無い又は少ないと判断する(S105のNO)、最初の処理に戻る。一方、風ベクトルWの大きさが閾値より大きい場合は(S105のYES)、風情報算出部32は、風ベクトルの長さと、上述の移動時間とから風の速さを算出し、風ベクトルの方向から風の向きを算出する(S106)。風情報算出部32は、風の速さと風の向きとを含む風情報を生成し、生成した風情報を、通信部24を介して、ターゲットドローン202に送信する。ターゲットドローン202は、一例として、風の向きに沿って風検知ドローン201の下流に存在するドローンである。
図16は、ターゲットドローン202の動作の一例を示すフローチャートである。風情報受信部61が、通信部54を介して風検知ドローン201から風情報の受信を待機する(S201、S202のNO)。風情報を受信すると(S202のYES)、風到達時間算出部62が、風情報に基づき、風の到達時間を算出する(S203)。また、画像取得部58が撮像部55から画像を取得し(S204)、周辺環境認識部60が周辺環境の画像の認識処理を行う(S205)。位置・姿勢推定部59が、取得された画像と、IMU56により検出される慣性データとに基づき、SLAMを用いた画像処理を行い、ターゲットドローン202の位置及び姿勢を推定する(S206)。行動計画部63は、風情報と、風の到達時間と、推定された位置及び姿勢のうち少なくとも位置とに基づいて、ターゲットドローン202が行う行動を決定する(S207)。制御信号生成部64は、決定された行動の実行を指示する制御信号(制御指令)を生成し、制御部53が制御信号に基づき機体を制御する(S208)
以上、本実施形態によれば撮像部25で撮像された画像に基づき風検知ドローン201の位置(第1位置)を推定し、制御指令に基づき風検知ドローン201の位置(第2位置)を算出し、第1位置と第2位置との差分に基づき、風の速さ及び向きを取得することにより、風の速さ及び向きを高精度に検出することができる。GPSを用いて位置を推定する場合、GPSの誤差により微風を検出できない可能性があるが、画像を用いて第1位置を推定することで、微風による移動も確実に検出することが可能になる。なお風検知ドローン201とターゲットドローン202の間の距離を算出するためにGPSを用いても風の検出には影響しないため、また当該ドローン間の距離はGPSの誤差に比べて十分大きいため問題はない。
(変形例1)
上述した実施形態では、風情報に風の速さと向きを含めたが、風の向きを含めないことも可能である。この場合、ターゲットドローン202は風情報を受信したら、風検知ドローン201が存在する方向を特定し、風検知ドローン201が存在する方向を風の向きとみなしてもよい。
(変形例2)
ターゲットドローン202で行った処理の一部を風検知ドローン201で行うようにしてもよい。例えば、風検知ドローン201、風がターゲットドローン202に到達するまでに要する到達時間を算出し、算出した到達時間を、ターゲットドローン202に送信する風情報に含めてもよい。
図17は、変形例2に係る風検知ドローン201のブロック図である。風情報算出部32は風到達時間算出部42を備えている。風到達時間算出部42はターゲットドローン202の風到達時間算出部62と同様にして到達時間を算出する。通信部は、到達時間の情報をターゲットドローン202に送信する。到達時間の情報は風情報に含めて送信してもよい。
到達時間の情報を送信せずに、風情報を送信するタイミングを決定するのに用いてもよい。例えば、ターゲットドローン202が風情報を受信してから一定時間後に風がターゲットドローン202に到着するタイミングで、風情報算出部32は通信部24を介して、風情報を送信する。このようなタイミングを、算出した到達時間に基づき決定できる。ターゲットドローン202は、風情報を受信してから一定時間後に風が到来することを決定して、自機の制御を行う。
(変形例3)
風検知ドローン201の制御部23は風情報に基づき、自機の移動を制御してもよい。すなわち、制御部23は、風により自機の位置が移動することを抑制又は阻止する制御を行ってもよい。また風検知ドローン201の第2移動ベクトル算出部33(算出部)で制御指令による風検知ドローン201の姿勢を算出し、算出した姿勢と、位置・姿勢推定部29で推定された姿勢との差分に基づき、姿勢の風による変動量を算出してもよい。算出した変動量を解消するように制御部23が風検知ドローン201の姿勢を制御してもよい。
(変形例4)
風検知ドローン201は、風情報をターゲットドローン202と通信可能な基地局151に送信してもよい。この場合、基地局151が、風検知ドローン201から受信した風情報をターゲットドローン202に送信(転送)する。この場合、ターゲットドローン202は、風情報の転送に要する時間を加味して、風到達時間を算出してもよい。このように、風情報を送信する対象となる他の通信装置は、基地局151又はターゲットドローン202のいずれもあり得る。
(ハードウェア構成)
図18は、風検知ドローン201の情報処理装置1又はターゲットドローン202の情報処理装置2のハードウェア構成の一例を示す。情報処理装置1又は2は、コンピュータ装置300により構成される。コンピュータ装置300は、CPU301と、入力インタフェース302と、表示装置303と、通信装置304と、主記憶装置305と、外部記憶装置306とを備え、これらはバス307により相互に接続されている。これらの要素のうちの少なくとも1つを、情報処理装置1又は2が備えていなくてもよい。
CPU(中央演算装置)301は、主記憶装置305上で、コンピュータプログラムを実行する。コンピュータプログラムは、情報処理装置の上述の各機能構成を実現するプログラムのことである。コンピュータプログラムは、1つのプログラムではなく、複数のプログラムやスクリプトの組み合わせにより実現されていてもよい。CPU301が、コンピュータプログラムを実行することにより、各機能構成は実現される。
入力インタフェース302は、キーボード、マウス、およびタッチパネルなどの入力装置からの操作信号を、情報処理装置1又は2に入力するための回路である。
表示装置303は、情報処理装置1又は2に記憶されているデータ、又は情報処理装置1又は2で算出されたデータを表示する。表示装置303は、例えば、LCD(液晶ディスプレイ)、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、CRT(ブラウン管)、またはPDP(プラズマディスプレイ)であるが、これに限られない。
通信装置304は、情報処理装置1又は2が外部装置と無線または有線で通信するための回路である。情報処理装置1又は2で用いるデータを、通信装置304を介して外部装置から入力することができる。通信装置304はアンテナを含む。外部装置から入力したデータを、主記憶装置305や外部記憶装置306に格納することができる。図4又は図9の通信部は、通信装置304に構築されてもよい。
主記憶装置305は、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムの実行に必要なデータ、およびコンピュータプログラムの実行により生成されたデータなどを記憶する。コンピュータプログラムは、主記憶装置305上で展開され、実行される。主記憶装置305は、例えば、RAM、DRAM、SRAMであるが、これに限られない。図4又は図9の各記憶部は、主記憶装置305上に構築されてもよい。
外部記憶装置306は、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムの実行に必要なデータ、およびコンピュータプログラムの実行により生成されたデータなどを記憶する。これらのコンピュータプログラムやデータは、コンピュータプログラムの実行の際に、主記憶装置305に読み出される。外部記憶装置306は、例えば、ハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリ、及び磁気テープであるが、これに限られない。図4又は図9の各記憶部は、主記憶装置305上に構築されてもよい。
なお、コンピュータプログラムは、コンピュータ装置300に予めインストールされていてもよいし、CD-ROMなどの記憶媒体に記憶されていてもよい。また、コンピュータプログラムは、インターネット上にアップロードされていてもよい。
また、コンピュータ装置300は単一の装置により構成されてもよいし、相互に接続された複数のコンピュータ装置からなるシステムとして構成されてもよい。
なお、上述の実施形態は本開示を具現化するための一例を示したものであり、その他の様々な形態で本開示を実施することが可能である。例えば、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変形、置換、省略又はこれらの組み合わせが可能である。そのような変形、置換、省略等を行った形態も、本開示の範囲に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
また、本明細書に記載された本開示の効果は例示に過ぎず、その他の効果があってもよい。
なお、本開示は以下のような構成を取ることもできる。
[項目1]
移動体であって、
前記移動体の周囲の環境を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された画像に基づき、前記移動体の位置を推定する推定部と、
前記移動体の移動を制御する制御指令に基づき、前記移動体の位置を算出する算出部と、
前記推定部により推定された前記移動体の位置である第1位置と、前記算出部により算出された前記移動体の位置である第2位置とに基づき、前記移動体に作用する風の情報を算出する風情報算出部と、
を備えた移動体。
[項目2]
前記移動体の加速度及び角速度の少なくとも一方を含む慣性データを検出する慣性センサを備え、
前記推定部は、前記画像と前記慣性データとに基づき、前記移動体の位置を推定する
項目1に記載の移動体。
[項目3]
前記風情報算出部は、前記第2位置と前記第1位置との間の距離と、前記制御指令で前記移動体が移動するのに要した移動時間とに基づき、前記風の速さを算出する
項目1又は2に記載の移動体。
[項目4]
前記風情報算出部は、前記第2位置から前記第1位置への方向を、前記風の向きとする
項目1~3のいずれか一項に記載の移動体。
[項目5]
前記風の情報を、前記移動体と異なる他の通信装置に送信する通信部
を備えた項目1~4のいずれか一項に記載の移動体。
[項目6]
前記他の通信装置は、前記移動体よりも前記風の向きの下流に存在する他の移動体である
項目5に記載の移動体。
[項目7]
前記他の通信装置は、前記移動体よりも前記風の向きの下流に存在する他の移動体と通信可能な基地局である
項目5又は6に記載の移動体。
[項目8]
前記風の情報に基づき、前記移動体の位置が変動することを抑制する制御を行う制御部
を備えた項目1~7のいずれか一項に記載の移動体。
[項目9]
前記推定部は、さらに前記移動体の姿勢を推定する
前記算出部は、前記制御指令に基づき、前記移動体の姿勢を算出し、
推定された前記姿勢と、算出された前記姿勢との差分に基づき、前記移動体の姿勢を制御する制御部を備えた
項目2に記載の移動体。
[項目10]
前記風の情報と、前記他の移動体までの距離とに基づき、前記風が前記他の移動体に到達するまでに要する到達時間を算出する到達時間算出部を備え、
前記通信部は、前記到達時間の情報を前記他の移動体に送信する
項目6又は7に記載の移動体。
[項目11]
前記移動体はドローンである
項目1~10のいずれか一項に記載の移動体。
[項目12]
移動体の周囲の環境を撮像し、
撮像された画像に基づき、前記移動体の位置を推定し、
前記移動体の移動を制御する制御指令に基づき、前記移動体の位置を算出し、
推定された前記移動体の位置である第1位置と、算出された前記移動体の位置である第2位置とに基づき、前記移動体に作用する風の情報を算出する
情報処理方法。
[項目13]
移動体の周囲の環境を撮像した画像に基づき、前記移動体の位置を推定するステップと、
前記移動体の移動を制御する制御指令に基づき、前記移動体の位置を算出するステップと、
推定された前記移動体の位置である第1位置と、算出された前記移動体の位置である第2位置とに基づき、前記移動体に作用する風の情報を算出するステップと
をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
1 情報処理装置
2 情報処理装置
21A ロータ
21B ロータ
21C ロータ
21D ロータ
22A モータ
22B モータ
22C モータ
22D モータ
23 制御部
24 通信部
25 撮像部
27 GPS受信部
28 画像取得部
29 位置・姿勢推定部(推定部)
30 記憶部
31 第1移動ベクトル算出部
32 風情報算出部
32A 風検知部
33 第2移動ベクトル算出部(算出部)
34 記憶部
42 風到達時間算出部
51A ロータ
51B ロータ
51C ロータ
51D ロータ
52A モータ
52B モータ
52C モータ
52D モータ
53 制御部
54 通信部
55 撮像部
57 GPS受信部
58 画像取得部
59 位置・姿勢推定部
60 周辺環境認識部
61 風情報受信部
62 風到達時間算出部
63 行動計画部
64 制御信号生成部
101 風検知ドローン
101A 移動体(ドローン)
101B 移動体(ドローン)
101C 移動体(ドローン)
102 リモコン
102A リモコン
102B リモコン
102C リモコン
151 基地局
201 風検知ドローン
201 ドローン
201A ドローン
201B ドローン
201C ドローン
202 ターゲットドローン
211 地表
270 壁
300 コンピュータ装置
302 入力インタフェース
303 表示装置
304 通信装置
305 主記憶装置
306 外部記憶装置
307 バス

Claims (13)

  1. 移動体であって、
    前記移動体の周囲の環境を撮像する撮像部と、
    前記撮像部により撮像された画像に基づき、前記移動体の位置を推定する推定部と、
    前記移動体の移動を制御する制御指令に基づき、前記移動体の位置を算出する算出部と、
    前記推定部により推定された前記移動体の位置である第1位置と、前記算出部により算出された前記移動体の位置である第2位置とに基づき、前記移動体に作用する風の情報を算出する風情報算出部と、
    を備えた移動体。
  2. 前記移動体の加速度及び角速度の少なくとも一方を含む慣性データを検出する慣性センサを備え、
    前記推定部は、前記画像と前記慣性データとに基づき、前記移動体の位置を推定する
    請求項1に記載の移動体。
  3. 前記風情報算出部は、前記第2位置と前記第1位置との間の距離と、前記制御指令で指示された移動時間とに基づき、前記風の速さを算出する
    請求項1に記載の移動体。
  4. 前記風情報算出部は、前記第2位置から前記第1位置への方向を、前記風の向きとする
    請求項1に記載の移動体。
  5. 前記風の情報を、前記移動体と異なる他の通信装置に送信する通信部
    を備えた請求項1に記載の移動体。
  6. 前記他の通信装置は、前記移動体よりも前記風の向きの下流に存在する他の移動体である
    請求項5に記載の移動体。
  7. 前記他の通信装置は、前記移動体よりも前記風の向きの下流に存在する他の移動体と通信可能な基地局である
    請求項5に記載の移動体。
  8. 前記風の情報に基づき、前記移動体の位置が変動することを抑制する制御を行う制御部
    を備えた請求項1に記載の移動体。
  9. 前記推定部は、さらに前記移動体の姿勢を推定し、
    前記算出部は、前記制御指令に基づき、前記移動体の姿勢を算出し、
    推定された前記姿勢と、算出された前記姿勢との差分に基づき、前記移動体の姿勢を制御する制御部を備えた
    請求項2に記載の移動体。
  10. 前記風の情報と、前記他の移動体までの距離とに基づき、前記風が前記他の移動体に到達するまでに要する到達時間を算出する到達時間算出部を備え、
    前記通信部は、前記到達時間の情報を前記他の移動体に送信する
    請求項6に記載の移動体。
  11. 前記移動体はドローンである
    請求項1に記載の移動体。
  12. 移動体の周囲の環境を撮像し、
    撮像された画像に基づき、前記移動体の位置を推定し、
    前記移動体の移動を制御する制御指令に基づき、前記移動体の位置を算出し、
    推定された前記移動体の位置である第1位置と、算出された前記移動体の位置である第2位置とに基づき、前記移動体に作用する風の情報を算出する
    情報処理方法。
  13. 移動体の周囲の環境を撮像した画像に基づき、前記移動体の位置を推定するステップと、
    前記移動体の移動を制御する制御指令に基づき、前記移動体の位置を算出するステップと、
    推定された前記移動体の位置である第1位置と、算出された前記移動体の位置である第2位置とに基づき、前記移動体に作用する風の情報を算出するステップと
    をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
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