JP3213398U - ドローン制御システムに用いられる信号変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドローンの重量を増やすことなくプロポによるカメラの制御機能を充実させることが可能な信号変換装置を提供する。【解決手段】プロポにより制御される、ドローン本体と、ドローン本体に設置されるジンバルと、ジンバルに搭載されるカメラと、プロポから送信される制御信号を受信する受信機と、からなるドローン制御システムに用いられる信号変換器であって、受信機からの制御信号が入力される制御信号入力部６５と、制御信号をドローン本体及び／又はジンバルへ出力する第１信号出力部６３と、制御信号をデコードして出力切替信号を出力可能なデコード部６０と、デコード部からの信号をカメラ制御信号に変換する信号変換部６１と、カメラ制御信号をカメラへ出力する第２信号出力部６４と、出力切替信号に基づいて第１・第２信号出力部６３，６４の少なくともいずれか一方を選択可能な出力切替部６２と、を備える。【選択図】図３

Description

本考案は、少なくとも１つの遠隔操作ユニットにより制御される、ドローン本体と、このドローン本体に設置されるジンバルと、このジンバルに搭載される撮像装置と、前記遠隔操作ユニットから送信される制御信号を受信する受信機と、からなるドローン制御システムに用いられる信号変換装置に関する。

カメラ（撮像装置）を搭載したドローンとプロポ（遠隔操作ユニット）からなるドローン制御システムは、図１０に示すようにプロポ１からドローン２へ制御信号としてシリアル制御信号が送信され、ドローン２の各部、すなわち、ドローン本体３、ジンバル４、カメラ５の制御が行われる。例えば、１４ＣＨ（チャンネル）分の制御信号を送信する場合、１２ＣＨ分がサーボデータであり、ドローン本体３、ジンバル４の制御のために割り当てられ、残り２ｃＨがカメラ録画開始／終了、機体制御等に割り当てられる。

つまり、従来のリモコンシステムを前提にして、空きチャンネルにカメラの制御信号を割り振ったため、カメラの主機能しか制御できず、細かな制御値のマニュアル制御ができない。したがって、撮影された画像（映像）は、ほとんどカメラの自動化性能に依存し、撮影者の意図する通りの撮影ができなかった。

また、図１１に示すように、２台のプロポ１Ａ，１Ｂを使用して、それぞれ飛行制御用プロポ１Ａ、カメラ制御用プロポ１Ｂとして構成するシステムが考えられる。この場合は、カメラ制御に割り当てられるＣＨ数が増えるため、カメラ制御用にジンバル制御機能を分担させて、カメラの種々の方向制御が可能になり、撮影範囲の自由度が増える。

さらにカメラを制御するにあたり、一般的には、リモコンのシリアル制御信号とカメラの制御信号とはプロトコルが異なり、そのままでは、マニュアルズーム制御やマニュアルフォーカス制御等を実現できず、ズーム操作リングやフォーカス操作リングをリモコンシリアル制御信号で制御できるようなサーボ機構が新たに必要になる。そうすると、飛行重量が増加するという問題が発生する。

本考案は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、ドローンの重量を増やすことなく遠隔操作ユニットによる撮像装置の制御機能を充実させることが可能なドローン制御システムに用いられる信号変換装置を提供することである。

上記課題を解決するため本考案に係るドローン制御システムに用いられる信号変換装置は、
少なくとも１つの遠隔操作ユニットにより制御される、ドローン本体と、このドローン本体に設置されるジンバルと、このジンバルに搭載される撮像装置と、前記遠隔操作ユニットから送信される制御信号を受信する受信機と、からなるドローン制御システムに用いられる信号変換装置であって、
前記受信機からの制御信号が入力される制御信号入力部と、
入力された制御信号をドローン本体及び／又はジンバルへ出力する第１信号出力部と、
前記制御信号をデコードして出力切替信号を出力可能なデコード部と、
デコード部からの信号を撮像装置制御信号に変換する信号変換部と、
変換された撮像装置制御信号を撮像装置へ出力する第２信号出力部と、
前記出力切替信号に基づいて第１信号出力部と第２信号出力部のいずれか一方を選択可能な出力切替部と、を備えていることを特徴とするものである。

かかる構成による信号変換装置の作用・効果を説明する。この信号変換装置は、第１信号出力部と第２信号出力部を備えており、第１信号出力部からは、ドローン本体及び／又はジンバルを制御する信号が出力され、第２信号出力部からは、撮像装置を制御する信号が出力される。また、撮像装置を制御するための信号に変換された信号が第２信号出力部から出力されるようになっている。信号変換部により、撮像装置のプロトコルに合わせた信号を出力することができ、ドローンの重量を増やすことなく、撮像装置の種々の制御が可能になる。

さらに、第１信号出力部と第２信号出力部のいずれか一方を選択可能な出力切替部を備えており、遠隔操作ユニットから送信される出力切替信号に基づいて選択的に出力される。したがって、第２信号出力部に切り替えたときは、ほぼすべてのチャンネルを撮像装置の制御に割り当てることも可能になり、従来は困難であったまた、マニュアルズームやマニュアルフォーカスといった制御も可能になる。その結果、ドローンの重量を増やすことなく遠隔操作ユニットによる撮像装置の制御機能を充実させることができる。

本考案に係る出力切替部は、前記出力切替信号に基づいて第１信号出力部と第２信号出力部の両方を選択可能であることが好ましい。

この構成によると、第１信号出力部のみから信号を出力する態様、第２信号出力部のみから信号を出力する態様だけでなく、第１信号出力部と第２信号出力部の双方から信号を出力する態様も選択可能になり、ドローン使用形態が多様化する。

本考案に係る出力切替信号は、前記遠隔操作ユニットに設けられている特定の操作部による操作に基づいて送信されるものであることが好ましい。

この構成によれば、既存の遠隔操作ユニットを用いて、特定の操作部に切替機能を割り当てることができる。これにより、簡単な操作により、ドローン本体の制御と撮像装置の制御とを切り替えることができる。

本考案に係る前記制御信号と制御対象の組み合わせを変更可能な切替スイッチを備えていることが好ましい。

この構成によれば、遠隔操作ユニットのどの操作部にどのような制御をさせるかを使用者の都合に合わせて決めることができ、利便性が高まる。

本考案に係る前記制御信号入力部は、ほかの遠隔操作ユニットからの制御信号も入力可能であることが好ましい。

この構成によれば、複数台の遠隔操作ユニットからの制御信号を受け付けることができ、多様な制御を行うことが可能になる。

ドローン制御システムの構成を示す模式図 本実施形態に係るドローン制御システムのブロック図 信号変換器の機能を示すブロック図 出力切替部の動作状態を示す図 出力切替部の動作状態を示す図 ＣＨと操作部の関係を例示するパターン図 ＣＨと操作部の関係を例示するパターン図 第２実施形態に係るドローン制御システムのブロック図 第３実施形態に係るドローン制御システムのブロック図 従来のドローン制御システムの構成を示す模式図 従来のドローン制御システムの構成を示す模式図

本考案に係るドローン制御システムに用いられる信号変換装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。

＜ドローン制御システムの構成＞
図１は、本実施形態に係るドローン制御システムの構成を示す模式図、図２は、本実施形態に係るドローン制御システムのブロック図である。

図１に示すように、飛行制御用プロポ１Ａ（遠隔操作ユニットに相当）と、カメラ制御用プロポ１Ｂ（遠隔操作ユニットに相当）と、ドローン２によりシステムが構成される。プロポ１Ａ，１Ｂは、既存のプロポを使用することができる。ドローン２は、ドローン本体３、ドローン本体３に設置されるジンバル４、ジンバル４に載置されるカメラ５（撮像装置に相当）とを備える。撮像装置としてのカメラ５は、ビデオカメラ、スチールカメラ等、特定のカメラに限定されるものではない。

プロポ１Ａからは、２．４ＧＨｚの電波により２５バイトのシリアルデータ（制御信号に相当）がドローン２に送信される。プロポ１Ｂからも２．４ＧＨｚの電波により２５バイトのシリアルデータ（制御信号に相当）がドローン２に送信される。いずれのプロポ１Ａ，１Ｂも２５バイトのシリアルデータは、１２ＣＨ（チャンネル）分のサーボデータと２ビットデータ（２ＣＨ分）、合計１４ＣＨ分のデータにより構成される。なお、周波数、バイト数、ＣＨ数は一例である。

プロポ１Ａの各ＣＨ（１４ＣＨ分）の割り当ては図１の枠Ａに示す通りである。ＣＨ１〜ＣＨ１０は、飛行制御用等に割り当て、ＣＨ１４は機体制御に割り当て、残りのＣＨは予備としている。

一方、プロポ１Ｂの各ＣＨは、ＣＨ１１でカメラ制御を指定した場合は、枠Ｂで示す内容で割り当てられ、ＣＨ１１でジンバル制御を指定した場合は、枠Ｃで示す内容で割り当てられる。具体的には、ＣＨ１１は、カメラ／ジンバル制御切替の機能が割り当てられる。

ＣＨ１１に対応した制御信号は、具体的には、プロポ１Ｂの操作部１０により行われる。操作部１０は、３ポジションの切換スイッチであり、手前側に設定すると、枠Ｂのカメラ制御を行うことができ、奥側に設定すると枠Ｃのジンバル制御を行うことができる。また、中央位置（ニュートラル）では、カメラ制御とジンバル制御の両方が可能である。ただし、プロポのどの操作部をＣＨ１１に対応させるかは任意に決めることができる。

枠Ｂに具体的なカメラ制御の内容を示している。ＣＨ１がズーム制御、ＣＨ２が露出補正・・・等であり、カメラに装備された多様な機能を制御することができ、プロポの機能とカメラの機能をフルに使用することが可能になる。

枠Ｃに具体的なジンバル制御の内容を示している。ＣＨ１〜ＣＨ３にジンバル制御が割り当てられ、残りのＣＨは予備としている。ただし、２台目の遠赤外カメラ等の追加機器があれば、それを制御できるように割り当てることが可能である。各ＣＨにどのような制御内容を割り当てるかは、適宜設定できる。

以上のように、操作部１０を切り替えるという簡単な操作により、１台のプロポ１Ｂを使用して枠Ｂと枠Ｃの制御内容を切り替えることができる。

＜ドローン制御システムの機能＞
図２は、図１に示すドローン制御システムのブロック図を示す。ドローン２は、第１受信機２０Ａと第２受信機２０Ｂを備えている。第１受信機２０Ａは、プロポ１Ａからのシリアルデータ（制御信号）を受信し、これを復調してシリアルＢＵＳ信号に変換し、さらにシリアルＢＵＳラインで各サーボモータあるいはその他のユニットの制御を行う。第１受信機２０Ａと第２受信機２０Ｂは、ドローン本体３の適宜の場所に設置することができる。

第２受信機２０Ｂは、プロポ１Ｂからのシリアルデータ（制御信号）を受信し、これを復調してシリアルＢＵＳ信号に変換し、さらに信号変換器（信号変換装置）６に出力する。信号変換器６の機能を図３のブロック図により説明する。

＜信号変換器の構成＞
信号変換器６は、デコード部６０、エンコード部６１（信号変換部に相当）、出力切替部６２を備えている。制御信号は、制御信号入力部６５を介して入力される。デコード部６０は、制御信号の中に含まれるＣＨ１１のデータ（出力切替信号に相当）を解読する。すなわち、プロポ１Ｂの操作部１０がどのポジションに設定されているかを判定する。ＣＨ１１のデータ、すなわち、出力切替信号により出力切替部６２のスイッチポジションが制御される。

図３に示すように、出力切替部６２は、第１切替スイッチ６２ａと、第２切替スイッチ６２ｂを備えている。それぞれの切替スイッチ６２ａ，６２ｂは、夫々、第１信号出力部６３、第２信号出力部６４に接続される。

一方、デコード部６０からエンコード部６１へと出力された信号はカメラを制御するためのシリアル制御信号に変換して出力切替部６２へと出力する。一般的に、プロポから送信されるシリアルデータは、カメラ制御用の信号とはプロトコルが異なり、そのままでは使用できない。シリアルデータのままカメラを制御しようとすると、別途大がかりな外部装置をカメラに搭載する必要性が生じ、ドローン２の全体重量が大きくなる。従って、現実的な選択ではない。本考案のように、信号変換器６により信号を変換することにより、別途装置を搭載する必要はない。信号の変換は、マイコンを使用したソフトウェア処理により行うことができる。ただし、ハードウェアで行ってもよい。

なお、信号変換器６そのものの重量は軽量であり、ドローン２の飛行性能に影響を及ぼさない。なお、信号変換器６の搭載位置であるが、例えば、図１の６Ａで示すようにフライトコントローラの近傍や、６Ｂで示すようなジンバルコントローラの近傍、あるいは、カメラ５の近傍、カメラケースの内部など種々の搭載位置が考えられ、特定の位置に限定されるものではない。

図３において、操作部１０は手前側に設定されており、第１切替スイッチ６２ａは、第１信号出力部６３の端子６３ａに接続され、第２切替スイッチ６２ｂは、第２信号出力部６４の端子６４ａに接続される。この状態では、変換されたカメラ制御信号が第２信号出力部６４から出力されてカメラ５の指定された各機能を制御する。第１信号出力部６３はＯＦＦの状態であり、何も出力／制御されない。すなわち、図１の枠Ｂに基づいて、プロポ１Ｂにより制御される。

操作部１０を奥側に設定した場合は、図４のように、第１切替スイッチ６２ａは、第１信号出力部６３の端子６３ｃに接続され、第２切替スイッチ６２ｂは、第２信号出力部６４の端子６４ｃに接続される。この状態では、制御信号が第１信号出力部６３から出力されてシリアルＢＵＳラインでジンバル等の指定された各機能を制御する。第２信号出力部６４はＯＦＦの状態であり、何も出力／制御されない。すなわち、図１の枠Ｃに基づいて、プロポ１Ｂにより制御される。

また操作部１０を中央位置（ニュートラル）に設定した場合は、図５のように、第１切替スイッチ６２ａは、第１信号出力部６３の端子６３ｂに接続され、第２切替スイッチ６２ｂは、第２信号出力部６４の端子６４ｂに接続される。この状態では、第１信号出力部６３と第２信号出力部６４の双方から制御信号を出力可能になる。

＜チャンネル（ＣＨ）設定＞
つぎに、ＣＨとプロポの各操作部との対応関係について説明する。例えば、図１の枠Ｂに関して説明したように、ＣＨ１はカメラのズーム制御が割り当てられており、プロポ１Ｂの特定の操作部を操作することにより、カメラのズーミングを操作することができる。ただし、操作部とＣＨの結び付けは、変更することが可能である。そのために、信号変換器６にディップスイッチ（不図示：切替スイッチに相当）が設けられており、これを操作することで変更が可能である。

図６は、ＣＨと操作部の関係について３つのパターンを例示している。例えば、Ａパターンでは、ＣＨ１に操作部Ｊ１が対応付けられ、ズーム操作を制御できる。Ｂパターンでは、ＣＨ１に操作部Ｊ２が対応付けられ、マニュアルフォーカスを制御できる。他のＣＨについても同様である。対応付けは、予め、プログラムにより準備することができる。どのパターンを選択するかをディップスイッチにより選択可能である。具体的には、ディップスイッチは４ビットであり、最大１６パターンを選択可能である。なお、パターン数やディップスイッチのビット数等については、適宜決めることができる。

図７に示すＤパターンは、操作部１０を中間位置に設定したときに選択可能なパターンである。この場合、シリアルデータ出力によるジンバル制御（ＣＨ１〜ＣＨ３）と、カメラ制御（ＣＨ４〜）を両立させることができる。すなわち、ＣＨ１〜ＣＨ３はカメラ動作を禁止するものである。なお、カメラ動作を禁止する場合のＣＨ設定は、予めプログラムにより任意に設定することができる。

図８は、第２実施形態を示すブロック図である。この実施形態では、第２受信機２０Ｂは、シリアルデータを受信してＰＷＭ信号に変換し、信号変換器６に出力する。ＰＷＭ信号の場合は、ＣＨに対応した信号がパラレルに出力される。第１実施形態では、シリアルデータで説明したが、制御信号の形態については、特定の携帯に限定されるものではない。

図９は、第３実施形態を示すブロック図である。この実施形態では、第１受信機２０Ａと第２受信機２０Ｂの双方ともシリアルデータがＰＷＭ信号に変換される。そして、第１受信機２０Ａから出力された制御信号の一部が信号変換器６に入力されるように構成されている。

本考案によれば、ドローンの飛行中に、遠隔操作でカメラの撮影制御、パラメーター制御をすることができるため、リアルタイムで撮影者の意図を撮影画像（映像）に盛り込むことができ、再撮影リスクを軽減させることができる。具体的には、カメラの持つパフォーマンスをフルに発揮できるようになる。例えば、ピント合わせに関して、オートフォーカスとマニュアルフォーカスを自由に切替使用できるため、被写体変化の際、特にコントラストの低い空中心のような画像（映像）でも瞬時に確実にピント合わせをすることが可能になる。また、橋梁下など照度変化の大きな環境においても、臨機応変に露出を変更コントロールでき、クラック発見等を目的とする、保守作業効率を向上することができる。更に、鉄塔、送電線等の逆光シーン等でも瞬時に露出補正を行うことができるので作業品質の向上に威力を発揮することができる。

＜別実施形態＞
本実施形態では、カメラを搭載したドローンシステムを説明しているが、更に別の既存のユニット（装置）を搭載してもよい。例えば、農薬散布用のドローンであれば、農薬タンクと農薬散布バルブを搭載することができる。他にも種々の用途のものを搭載することができる。

１，１Ａ，１Ｂ プロポ
２ ドローン
３ ドローン本体
４ ジンバル
５ カメラ
６ 信号変換器
１０ 操作部
２０Ａ 第１受信機
２０Ｂ 第２受信機
６０ デコード部
６１ エンコード部
６２ 出力切替部
６２ａ 第１切替スイッチ
６２ｂ 第２切替スイッチ
６３ 第１信号出力部
６４ 第２信号出力部
６５ 制御信号入力部

Claims (5)

1. 少なくとも１つの遠隔操作ユニットにより制御される、ドローン本体と、このドローン本体に設置されるジンバルと、このジンバルに搭載される撮像装置と、前記遠隔操作ユニットから送信される制御信号を受信する受信機と、からなるドローン制御システムに用いられる信号変換装置であって、
   前記受信機からの制御信号が入力される制御信号入力部と、
   入力された制御信号をドローン本体及び／又はジンバルへ出力する第１信号出力部と、
   前記制御信号をデコードして出力切替信号を出力可能なデコード部と、
   デコード部からの信号を撮像装置制御信号に変換する信号変換部と、
   変換された撮像装置制御信号を撮像装置へ出力する第２信号出力部と、
   前記出力切替信号に基づいて第１信号出力部と第２信号出力部のいずれか一方を選択可能な出力切替部と、を備えていることを特徴とする信号変換装置。
2. 前記出力切替部は、前記出力切替信号に基づいて第１信号出力部と第２信号出力部の両方を選択可能であることを特徴とする請求項１に記載の信号変換装置。
3. 前記出力切替信号は、前記遠隔操作ユニットに設けられている特定の操作部による操作に基づいて送信されるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の信号変換装置。
4. 前記制御信号と制御対象の組み合わせを変更可能な切替スイッチを備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の信号変換装置。
5. 前記制御信号入力部は、ほかの遠隔操作ユニットからの制御信号も入力可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の信号変換装置。