JP3214757U - ドローン制御システムに用いられる信号変換装置、撮像装置、及び、無人飛行体 - Google Patents

Abstract

【課題】望遠撮影時においても被観察物の視認性を維持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、撮像装置、及び、無人飛行体を提供する。【解決手段】少なくとも１つのプロポ１Ａ，１Ｂにより制御される、ドローン本体３と、このドローン本体３に設置されるジンバル４と、このジンバル４に搭載されるカメラ５と、遠隔操作ユニット１Ａ，１Ｂ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、受信機からのコマ送り制御信号が少なくとも入力される制御信号入力部と、制御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カメラ５へ出力する第２信号出力部と、を備えている。【選択図】図１

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、撮像装置、及び無人飛行体に関する。

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８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。これらドローン本体３、ジンバル４、カメラ５により無人飛行体が構成される。

上記のドローン制御システムにおいて、望遠撮影（高倍率撮影）をする時に、ビデオ画像のぶれが生じやすくなり、被観察物の視認性が低下するという問題がある。

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、望遠撮影時においても被観察物の視認性を維持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、撮像装置、及び、無人飛行体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、
前記受信機からのコマ送り制御信号が少なくとも入力される制御信号入力部と、
前記制御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、を備えていることを特徴とするものである。

この構成による信号変換装置の作用・効果を説明する。遠隔操作ユニットにある操作部を操作すると制御信号が送信されて、受信機により受信される。ここで制御信号は種々あるが、コマ送り制御信号の場合は、受信機から制御信号入力部に送られて、さらに、撮像装置制御信号に変換される。これは、遠隔操作ユニットから送信されるシリアル制御信号と、カメラの制御信号のプロトコルが異なるためである。そこで、信号変換部において、カメラのプロトコルに合った制御信号に変換して、撮像装置へ出力する。従って、遠隔操作ユニットを操作してコマ送り制御信号を撮像装置に送信することができる。例えば、撮像装置のレンズを望遠側に切り換えた場合、コマ送り制御を行うことができるので、ブレの影響を抑制して被観察物の視認性を維持することができる。

本考案において、撮像装置をコマ送り制御させる場合に、前記第２信号出力部から出力されるコマ送り制御信号は、画像静止コマンドと、所定時間経過後に画像静止終了コマンドを繰り返し送信するように構成されていることが好ましい。

この構成によると、第２信号出力部から画像静止コマンドと、その所定時間経過後に画像静止終了コマンドを繰り返し送信するように構成されているので、撮像装置にコマ送り機能がなかったとしても、撮像装置をコマ送り制御することが可能である。

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 コマ送り制御のフローチャート 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、撮像装置、及び、無人飛行体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・・・ＣＨ９がコマ送りモード等であり、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。また、コマ送り制御を行う場合には、プロポ１Ｂに設けられている３ポジションの操作部で行うことができる。この操作部は、図６に示すように上ポジションでコマ送り制御を行うことができ、ニュートラルポジションでノーマル制御、下ポジションで静止画（フリーズ）モードの制御を行うことができる。ただし、コマ送りのためにどの操作部を割り当てるかは、適宜決めることができるものであり、上記に限定されるものではない。

＜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。カメラに一体的に組み込まれていてもよい。

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。

＜動作＞
つぎに、上記実施形態に係るドローン制御システムでコマ送り制御するときの動作について説明する。ドローンの飛行中にコマ送りモードに切り替える必要が生じた場合、プロポ１Ｂの特定の操作部を操作することで、プロポ１Ｂからコマ送り制御信号が送信される。送信された制御信号は、受信機により受信されて、シリアスＢＵＳ信号に変換され、信号変換装置６に送信される。

信号変換装置６では、まずデコード部６０により制御信号をデコードし、ＣＨ１１情報に基づき、出力切替部６２を制御する。コマ送りを行うときは、操作部１０は手前側に設定されており、図３に示すようなスイッチ状態になっている。

コマ送り制御信号はエンコード部６１により、カメラ制御に適したプロトコルの制御信号に変換され、第２信号出力部６４からカメラに送信される。ここで、コマ送り制御を行うときのフローチャートは図７に示す通りである。

現在コマ送りモードであるか否かを判断し（Ｓ１）、コマ送りモードであれば、静止画像コマンドを送信する（Ｓ２）。すなわち、通常の動画撮影を停止し画像静止モードとして、所定時間待つ（Ｓ３）。所定時間の長さは設定した焦点距離等を考慮して適宜決めることができる。所定時間が経過した後、画像静止終了コマンドを送信する（Ｓ４）。これにより、１コマの静止状態が終了し、他のスイッチ操作（コマ送り以外）の処理を行い（Ｓ５）、ステップＳ１に戻る。コマ送りモードが維持される限り、ステップＳ１〜Ｓ４の処理が繰り返される。

本考案によれば、望遠撮影時などの画像がぶれやすい状態で、プロポ１Ｂからコマ送り制御を送信してカメラ５のコマ送り制御をすることができる。従って、かかる条件が悪い場合においても被観察物の認識性を維持することができる。

カメラの画像センサーには、主としてローリングシャッター型とグローバルシャッター型とがあるが、特にグローバルシャッター型において効果を発揮する。

＜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 (4)

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、
   前記受信機からのコマ送り制御信号が少なくとも入力される制御信号入力部と、
   前記制御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、を備えていることを特徴とする信号変換装置。
2. 撮像装置をコマ送り制御させる場合に、前記第２信号出力部から出力されるコマ送り制御信号は、画像静止コマンドと、所定時間経過後に画像静止終了コマンドを繰り返し送信するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の信号変換装置。
3. 請求項１又は２に記載の信号変換装置が一体的に組み込まれた撮像装置であって、請求項１又は２に記載のドローン制御システムに用いられる撮像装置。
4. 請求項１に記載のドローン本体、ジンバル、撮像装置、受信機、及び信号変換装置から構成される無人飛行体。