JP4257266B2 - Floating body guidance device - Google Patents
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Description
本発明は、ロボットや車両などの地平面上を移動する移動体に実質的に追従して移動し、前記ロボットの誘導に使用される俯瞰映像の撮影などを行う浮遊体を誘導するための装置に関する。 The present invention provides a device for guiding a floating body that moves substantially following a moving body that moves on a ground plane such as a robot or a vehicle, and performs shooting of a bird's-eye view image used for guiding the robot. about the location.
近年、人体型ロボットの開発が進み、介護や災害救助などへの応用が期待されている。しかしながら、前記介護用途などでは、ヒューマンインタフェイスや自由度などのロボット自体の機能の向上によって適用可能性を大きく高めることが可能になるのに対して、前記災害救助用途などでは、人が立ち入れないような劣悪な環境や危険な環境での活躍が期待できるものの、ロボット自体のセンシング能力は充分なものとは言えず、ロボット機能の向上だけでは、充分な効果が期待できない可能性が高い。 In recent years, development of humanoid robots has progressed, and application to nursing care and disaster relief is expected. However, in the above-described nursing care applications, the applicability can be greatly increased by improving the functions of the robot itself such as the human interface and the degree of freedom. Although it can be expected to play an active role in such a poor environment and a dangerous environment, it cannot be said that the sensing ability of the robot itself is sufficient, and it is highly possible that a sufficient effect cannot be expected only by improving the robot function.
そこで、図6で示すように、移動体である人体型ロボット1の頭上に、浮遊体2を浮遊させ、それに搭載したカメラ3によって撮影された俯瞰映像によってロボット1を誘導することで、ロボット1の周囲のセンシング能力が飛躍的に高まり、前記災害救助などへの適用可能性を大きく高めることが可能になると期待される。
Therefore, as shown in FIG. 6, the
一方、前記浮遊体2としては、米国DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)が開発を進めている小型の航空機や、近年ホビー用で開発された重量数百g程度の小型の飛行体などを使用することが考えられる。中でも、非特許文献1に示される飛行体は、同軸上に上下2段の相互に逆回転するロータを備え、各ロータは2枚のブレードから構成され、ヨー方向およびスラスト方向の制御は、上下段ロータの回転数を変えて行うことができるようになっている。また、上段ロータはロッドを介してスタビライザと接続されており、ロータ面の傾きを水平に保つようサイクリックピッチ入力がスタビライザから与えられるようになっており、これに対して下段ロータのブレードには、サーボから縦および横のサイクリックピッチ入力が与えられ、これによって機体はピッチおよびロールの運動も可能になっている。そして、カメラを搭載しての重量は僅か200g程度で、30cm程度のロータ径でも浮遊可能であり、ホバリングなどの高い浮遊能力も有し、前記浮遊体2として極めて好適である。
上記非特許文献1による飛行体は、赤外線センサを用いて壁面や床面からの距離を認識して前記ホバリングを行ったり、オペレータによる無線操縦や、予めプログラムされたプログラムに従って、GPSなども用いて、規定の軌道に沿って飛行を行うようになっている。したがって、ロボット1と連携して、その頭上で実質的に追従して飛行しようとすると、非常に複雑な構成が必要になるという問題がある。具体的には、たとえば互いの位置関係を認識して、浮遊体2をロボット1に追従させるためには、前記位置関係の認識手段や無線通信手段などが必要になり、前記浮遊体2の飛行可能な重量を遥かに超えてしまうことになる。
The flying object according to Non-Patent
本発明の目的は、浮遊体を移動体に追従させる機構を、簡単な構成で実現することができる浮遊体の誘導装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an induction equipment of the floating body a mechanism to follow the floating body to the moving body can be realized with a simple configuration.
本発明の浮遊体の誘導装置は、地平面上を移動する移動体に実質的に追従して移動し、移動機構として回転翼を有する浮遊体を誘導するための装置であって、前記移動体に搭載され、上方に予め定めるビーム幅で光束を放射する光放射手段と、前記浮遊体に搭載され、下方からの光束を受光し、前記回転翼を保護する円筒状のダクトの下面に沿って、周方向に等間隔に配置される3つ以上の受光素子と、前記浮遊体に搭載され、前記各受光素子からの出力に応答して前記移動機構の制御を行い、前記浮遊体を前記移動体の上方に浮遊させる移動制御手段とを含むことを特徴とする。 Induction device of the floating body of the present invention is a device for inducing floating body moves substantially follow the moving object moving on the horizontal plane, which have a rotating blade as the moving mechanism, the moving A light emitting means mounted on the body and emitting a light beam with a predetermined beam width upward and a bottom surface of a cylindrical duct mounted on the floating body for receiving the light beam from below and protecting the rotor blade Te, three or more light receiving elements arranged at equal intervals in the circumferential direction, is mounted on the floating body, and controls the pre KiUtsuri kinematic mechanism in response the output from the light receiving elements, the floating body And a movement control means for floating above the moving body.
上記の構成によれば、ロボットなどの地平面上を移動する移動体に実質的に追従して移動し、前記ロボットの誘導に使用される俯瞰映像の撮影などを行う浮遊体を誘導するための装置であって、前記移動体には、たとえばその上部に、上方に予め定めるビーム幅で光束を放射する光放射手段を搭載し、その光束の浮遊体側での受光具合によって少なくとも移動方向を制御し、前記浮遊体を前記移動体の上方に浮遊させ、該浮遊体を移動体に実質的に並行に追従して移動させる。具体的には、浮遊体の移動機構は、たとえば浮遊を実現する相互に逆方向に回転する回転翼や前後左右への移動を実現するためにその迎角を変化する機構およびそれらの駆動制御手段を備えて成り、前記少なくとも移動方向の制御を実現するにあたって、前記回転翼を保護する円筒状のダクトの下面に沿って、周方向に等間隔に配置される3つ以上の受光素子を設け、また浮遊体にはその各受光素子からの出力に応答して前記駆動制御機構の制御を行う移動制御手段を設ける。 According to the above configuration, for guiding a floating body that moves substantially following a moving body that moves on the ground plane, such as a robot, and performs shooting of a bird's-eye view image used for guiding the robot. In the apparatus, for example, a light emitting means for emitting a light beam with a predetermined beam width is mounted on the moving body at an upper portion thereof, and at least the moving direction is controlled by the light receiving condition on the floating body side of the light beam. The floating body is suspended above the moving body, and the floating body is moved following the moving body substantially in parallel. Specifically, the floating body moving mechanism includes, for example, rotating blades that rotate in opposite directions to achieve floating, a mechanism that changes the angle of attack in order to realize movement in the front and rear, right and left, and drive control means thereof Provided with three or more light receiving elements arranged at equal intervals in the circumferential direction along the lower surface of a cylindrical duct that protects the rotor blades in order to realize at least control of the moving direction, The floating body is provided with movement control means for controlling the drive control mechanism in response to the output from each light receiving element.
したがって、無線通信を利用して浮遊体を誘導する場合には、互いの位置関係を認識して、浮遊体を移動体に追従させるためには、たとえば前記位置関係の認識手段や無線通信手段など、複雑な構成が必要になるのに対して、本発明では、光束が各受光素子に入射するか否かから移動機構を制御するだけでよく、移動制御手段を簡単な構成で実現することができる。たとえば、前記受光素子の総てで光束が検出されれば移動体の略直上に位置していると判断して移動のための制御は行わず、光束が検出されなくなった受光素子が発生すると、移動体は光束が検出されている受光素子側に移動した(すなわち、光束の中心がその検出されている受光素子側に移動した)と判断することができ、移動機構にその受光素子側へ移動させるための制御を行えば、浮遊体を移動体の前記略直上に位置させることができる。 Therefore, when guiding a floating body using wireless communication, in order to recognize the mutual positional relationship and cause the floating body to follow the moving body, for example, the positional relationship recognition means, the wireless communication means, etc. In contrast, a complicated configuration is required. In the present invention, it is only necessary to control the movement mechanism based on whether or not the light beam is incident on each light receiving element, and the movement control means can be realized with a simple configuration. it can. For example, pre-Symbol all control for the mobile determines that the light beam is positioned substantially directly above the mobile when it is detected without the light receiving element, the light receiving element the light beam is no longer detected is generated It can be determined that the moving body has moved to the light receiving element side where the light beam is detected (that is, the center of the light beam has moved to the light receiving element side where the light beam is detected). If the control for moving is performed, the floating body can be positioned substantially immediately above the moving body.
また、本発明の浮遊体の誘導装置では、前記受光素子は、4つ配置されていることを特徴とする。 In the floating body guidance device of the present invention , four light receiving elements are arranged.
上記の構成によれば、前記受光素子は、略円形に形成される浮遊体の下部の外周部において、周方向に等間隔で4つ、すなわち前記略円形の相互に直交する直径線上の両端位置に配置されている。 According to the above configuration, the light receiving element has four circumferentially equidistant positions on the outer peripheral portion of the lower part of the floating body that is formed in a substantially circular shape, that is, both end positions on the diameter line orthogonal to the substantially circular shape. Is arranged.
したがって、受光素子の総てで光束が検出されれば移動体の略直上に位置していると判断して移動のための制御は行わず、一方の直径線上の対を成す2つの受光素子の一方で光束が検出されなくなると、移動体は光束が検出されている他方の受光素子側に移動した(すなわち、光束の中心がその検出されている他方の受光素子側に移動した)と判断することができ、移動機構にその他方の受光素子側へ移動させるための制御を行い、他方の直径線上の対を成す2つの受光素子からの出力に対しても同様の制御を行うことで、浮遊体を移動体の前記略直上に位置させることができる。 Therefore, if a light beam is detected in all of the light receiving elements, it is determined that the light is positioned almost immediately above the moving body, and control for movement is not performed, and the two light receiving elements that form a pair on one diameter line are not controlled. On the other hand, when the light beam is no longer detected, the moving body determines that it has moved to the other light receiving element side where the light beam is detected (that is, the center of the light beam has moved to the other light receiving element side where the light beam is detected). It is possible to control the moving mechanism to move to the other light receiving element side, and to perform the same control on the output from the two light receiving elements that form a pair on the other diameter line. The body can be positioned substantially above the moving body.
こうして、周方向に等間隔で配置される前記4つの受光素子で、前記移動制御手段の制御を極めて簡単に行うことができる。 Thus, the movement control means can be controlled very easily with the four light receiving elements arranged at equal intervals in the circumferential direction.
さらにまた、本発明の浮遊体の誘導装置では、前記移動制御手段は、同じ直径線上に配置される対を成す2つの受光素子の両方で光束が検出されなくなると、前記移動機構に対する直前の一方の検出状態での制御出力を大きくして出力することを特徴とする。 Furthermore, in the floating body guidance device according to the present invention, the movement control means may be configured such that when no light beam is detected by both of the two light receiving elements arranged on the same diameter line, the movement control means immediately before the movement mechanism. The control output in the detection state is increased and output.
上記の構成によれば、上述のように、略円形に形成される浮遊体の下部の外周部において、周方向に等間隔で4つ、すなわち前記略円形の相互に直交する直径線上の両端位置に配置されている受光素子の内、同じ直径線上に配置される対を成す2つの受光素子の一方で光束が検出されている状態から、両方で検出されなくなると、移動制御手段から移動機構に、その光束が検出されていた受光素子の方向へ移動するように制御出力が与えられていても、それによる浮遊体の移動速度よりも移動体の移動速度が大きかったり、前記制御出力から空中に浮遊する浮遊体の実際の移動までに応答遅れが生じていると考えることができる。そこで、前記移動制御手段は、直前の一方の検出状態での制御出力を大きくして、すなわちハイゲインで出力する。 According to the above configuration, as described above, at the outer peripheral portion of the lower part of the floating body formed in a substantially circular shape, four positions at equal intervals in the circumferential direction, that is, both end positions on the substantially circular diameter lines orthogonal to each other. When the light beam is detected from one of the two light receiving elements that are arranged on the same diameter line among the light receiving elements that are arranged on the same diameter line, the movement control means moves to the moving mechanism. Even if the control output is given so as to move in the direction of the light receiving element in which the light beam has been detected, the moving speed of the moving body is larger than the moving speed of the floating body, or the control output goes into the air from the control output. It can be considered that there is a response delay until the actual movement of the floating object. Therefore, the movement control means increases the control output in the immediately preceding detection state, that is, outputs it with high gain.
これによって、浮遊体の移動量が大きくなり、一旦追従(捕捉)できなくなった移動体に、再び追従(捕捉)することができる。こうして、浮遊体による移動体の追従(捕捉)精度を、より高めることができる(追従(捕捉)不能となることを少なくすることができる)。 As a result, the amount of movement of the floating body becomes large, and it is possible to follow (capture) again the moving body that has once failed to follow (capture). Thus, the tracking (capturing) accuracy of the moving body by the floating body can be further increased (the possibility of being unable to follow (capturing) can be reduced).
また、本発明の浮遊体の誘導装置では、前記浮遊体には、下方側の前記移動体との距離を検出する超音波センサをさらに備え、前記移動制御手段は、前記超音波センサからの出力に応答して前記移動機構の制御を行い、前記浮遊体を前記移動体の上方の一定高さに浮遊させることを特徴とする。 In the floating body guidance device of the present invention, the floating body further includes an ultrasonic sensor for detecting a distance from the lower moving body, and the movement control means outputs the output from the ultrasonic sensor. In response to the control, the moving mechanism is controlled to float the floating body at a certain height above the moving body.
上記の構成によれば、移動体の光放射手段からの光強度から移動体との距離を検出する場合、浮遊体が移動体の直上に位置する場合と、斜め上方に位置する場合とでは、同じ高さでも検出される光強度は異なり、正確な高さの検出には水平方向のずれを求める必要が生じる。また、光放射手段や受光素子の汚れや経年変化によっても、検出される光強度は変化する。このため、前記光強度から正確な高さの検出は困難になる。そこで、超音波センサを用いることで、前記ロボットなどでは、頭上の一定高さに浮遊体を浮遊させることができ、常に一定高さの俯瞰映像の撮影を行うことができる。 According to the above configuration, when detecting the distance to the moving body from the light intensity from the light emitting means of the moving body, the case where the floating body is positioned directly above the moving body and the case where it is positioned obliquely above, The detected light intensity is different even at the same height, and it is necessary to obtain a horizontal shift for accurate height detection. Further, the detected light intensity also changes due to contamination of the light emitting means and the light receiving element and aging. For this reason, it is difficult to accurately detect the height from the light intensity. Therefore, by using an ultrasonic sensor, the robot or the like can float a floating body at a certain height above the head, and can always take a bird's-eye view image at a certain height.
本発明の浮遊体の誘導装置は、以上のように、ロボットなどの地平面上を移動する移動体に実質的に追従して移動し、前記ロボットの誘導に使用される俯瞰映像の撮影などを行う浮遊体を誘導するにあたって、前記移動体には、たとえばその上部に、上方に予め定めるビーム幅で光束を放射する光放射手段を搭載し、浮遊体側に設けた3つ以上の受光素子によるその光束の受光具合によって、該浮遊体側に設けた移動制御手段が、たとえば相互に逆方向に回転する回転翼や前後左右への移動を実現するためにその迎角を変化する機構およびそれらの駆動制御手段を備えて成る移動機構を制御することで、該浮遊体を前記移動体の上方に浮遊させ、該浮遊体を移動体に実質的に並行に追従して移動させる。 Induction equipment of the floating body of the present invention, as described above, moves substantially follow the moving object moving on the horizontal plane such as a robot, such as the shooting of the overhead image to be used for the induction of the robot In order to guide the floating body that performs the above, the moving body is mounted with, for example, a light emitting means for emitting a light beam with a predetermined beam width on the upper portion thereof, and is provided with three or more light receiving elements provided on the floating body side. Depending on how the light beam is received, the movement control means provided on the floating body side, for example, a rotating blade that rotates in opposite directions, a mechanism that changes its angle of attack in order to realize movement in the front-rear and left-right directions, and their drive By controlling the moving mechanism including the control means, the floating body is floated above the moving body, and the floating body is moved following the moving body substantially in parallel.
それゆえ、無線通信を利用して浮遊体を誘導する場合には、互いの位置関係を認識して、浮遊体を移動体に追従させるためには、たとえば前記位置関係の認識手段や無線通信手段など、複雑な構成が必要になるのに対して、本発明では、光束が各受光素子に入射するか否かから移動機構を制御するだけでよく、簡単な構成で実現することができる。 Therefore, in order to guide the floating body using wireless communication, in order to recognize the mutual positional relationship and cause the floating body to follow the moving body, for example, the positional relationship recognition means and the wireless communication means However, in the present invention, it is only necessary to control the moving mechanism based on whether or not the light beam is incident on each light receiving element, and this can be realized with a simple structure.
図1は本発明の実施の一形態に係る浮遊体11の斜視図であり、図2はその浮遊体11のダクト12を外した状態の斜視図である。この浮遊体11は、前述の図6で示す浮遊体2のように、ロボット1の頭上に予め定める距離だけ離れて浮上しており、ロボット1に実質的に追従して並行に移動し、後述する搭載カメラによって撮影した映像を前記ロボット1に無線送信し、該ロボット1に周囲状況を認識させる。
FIG. 1 is a perspective view of a
この浮遊体11は、大略的に、浮上を実現するとともに、前記カメラなどを搭載する本体13に、前記ダクト12を取付けて構成される。前記ダクト12は、薄い肉厚の発泡スチロールの円筒などから成り、ロータ14,15部分を保護し、気流を整えるとともに、ロータ14,15部分の人体などへの接触から被接触側を保護するために設けられている。そして、前記ロータ14,15を支持し、略鉛直方向に延びるロッド16の軸線と直交する略水平面上において、相互に直交する2本の保持部材17,18によって、前記ダクト12は本体13に支持される。したがって、保持部材17,18は前記円筒状に形成されるダクト12の直径線上に位置し、ダクト12を下面から支持する。
The
前記ロータ14,15は、前記ロッド16の同軸上に上下2段に設けられ、ロッド16は下段のロータ15を回転駆動するとともに上段のロータ14を回転可能に支持し、上段のロータ14は前記ロッド16を内挿する内側のロッド19によって回転駆動され、こうして前記ロータ14,15は相互に逆回転する。前記ロッド16,19は、本体13内のモータによってそれぞれ回転駆動される。
The
前記各ロータ14,15は2枚のブレード14a,14b;15a,15bから構成され、ヨー方向およびスラスト方向の制御は、上下段ロータ14,15の回転数を変えて行うことができるようになっている。また、上段ロータ14はロッド19を介してスタビライザ20と接続されており、ロータ面の傾きを水平に保つようサイクリックピッチ入力がスタビライザ20から与えられるようになっており、これに対して下段ロータ15のブレード15a,15bには、サーボから縦および横のサイクリックピッチ入力が与えられ、これによって機体はピッチおよびロールの運動を行うことができるようになっている。
Each of the
そして、注目すべきは、本発明では、図3で示すように、移動体である人体型ロボット21の頭上に、この浮遊体11を浮遊させ、図3(a)から図3(b)で示すように、該ロボット21の移動に実質的に並行に追従して移動させるにあたって、ロボット21に、上方に予め定めるビーム幅Wで光束を放射する光放射手段22を搭載し、その光束を前記浮遊体11に搭載され、下方からの光束を受光し、平面を構成するように配置された3つ以上の受光素子で受光し、各受光素子からの出力に応答して、この浮遊体11の後述する移動機構の制御を行うことである。前記光放射手段22は、赤外線発光ダイオードの集合体などで実現される。
It should be noted that in the present invention, as shown in FIG. 3, the floating
図4は、受光素子P1〜P4の取付け状況を模式的に示す底面図である。この図4では、受光素子は前記参照符号P1〜P4の4つが、円筒状の前記ダクト12の下面に沿って、周方向に等間隔で4つ配置されている。すなわち、相互に直交する前記保持部材17,18の両端位置に配置されている。図4において、該浮遊体11の中心、すなわち前記ロッド16,19の軸芯に対して、前記光束を、受光素子P1は左方で検知し、受光素子P2は右方で検知し、受光素子P3は前方で検知し、受光素子P4は後方で検知する。
FIG. 4 is a bottom view schematically showing how the light receiving elements P1 to P4 are attached. In FIG. 4, four light receiving elements having the reference numerals P <b> 1 to P <b> 4 are arranged at equal intervals in the circumferential direction along the lower surface of the
そして、注目すべきは、その検知結果に対応した制御は、受光素子P1〜P4の総てで光束が検出されればロボット21の略頭上に位置していると判断して移動のための制御は行わず、一方の直径線、たとえば前記保持部材18上の対を成す2つの受光素子P1,P2の一方、たとえばP1で光束が検出されなくなると、ロボット1は光束が検出されている他方の受光素子、したがってP2側に移動した、すなわち光束の中心がその検出されている他方の受光素子P2側の右方側に移動したと判断し、移動機構にその右方へ移動させるための制御を行い、他方の直径線、したがって前記保持部材17上の対を成す2つの受光素子P3,P4からの出力に対しても同様の制御を行うことで、該浮遊体11をロボット21の前記略頭上に位置させるというものである。
It should be noted that the control corresponding to the detection result is determined to be located substantially overhead of the
また、同じ直径線上に配置される対を成す2つの受光素子P1,P2;P3,P4の両方で光束が検出されなくなると、前記移動機構に対する直前の一方の検出状態での制御出力を大きくして出力するというものである。これは、前記円筒状に形成される前記ダクト12の下面に、周方向に等間隔で4つ、すなわち相互に直交する前記保持部材17,18の両端位置に配置されている受光素子P1〜P4の内、同じ直径線上に配置される対を成す2つの受光素子、たとえばP1,P2の一方、たとえばP1で光束が検出されている状態から、両方で検出されなくなると、該浮遊体11の左方への移動速度よりも大きい移動速度でロボット21が左方へ移動したり、前記制御出力から空中に浮遊する該浮遊体11の実際の移動までに応答遅れが生じていると考えられるためである。そこで、本発明では、直前の一方の検出状態での制御出力を大きくして、すなわちハイゲインで出力する。
Further, if the light beam is not detected by both of the two light receiving elements P1, P2; P3, P4 that form a pair arranged on the same diameter line, the control output in one detection state immediately before the moving mechanism is increased. Output. The light receiving elements P1 to P4 are arranged on the bottom surface of the
図5は、上述のように構成される浮遊体11の電気的構成を示すブロック図である。この浮遊体11では、機体31側の構成に、マイクロコントローラ32、ラジコン受信機33、カメラ34および図示しない電源や周辺回路などの機器を備えて構成される。前記カメラ34は、たとえばCMOS構造の撮像素子に送信機を内蔵して成り、1または複数個が、浮遊体11の下面や前面などに取付けられ、たとえば1.2GHzの無線信号で、前記ロボット21の受信機35へ、撮影した映像信号を送信する。
FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of the floating
前記ラジコン受信機33は、オペレータなどが保持する操縦装置36から与えられる姿勢角操作量、ロール角操作量、高度操作量および方位角操作量の無線信号を受信し、前記マイクロコントローラ32に与える。本発明では、浮遊体11は、前記ロボット21から放射される光束に自律的に追従して、その移動を制御するものであるが、該浮遊体11の離陸時や着陸時などの前記ロボット21からの放射光束で制御できない場合に、前記操縦装置36よって無線操縦が行われる。
The radio-controlled
前記機体31側の構成は、センサとしては、前記受光素子P1〜P4に、該浮遊体11の底面に取付けられ、前記ロボット21の頭部や地表面までの距離、すなわち高度を測定する超音波センサS1と、該浮遊体11がどちらの方向を向いているかの方位角を検出するジャイロセンサS2と、該浮遊体11の前記軸芯回りの回転を検出するヨーレートセンサS3とが設けられている。また、前記機体31側の構成で、本発明に係る移動機構として、前記ロータ14,15に、それを回転駆動するモータL1,L2や、前記下段のロータ15のロータ面の傾きを制御するマイクロサーボL3,L4などが設けられている。
The structure on the side of the
前記マイクロコントローラ32は、本発明に係る移動制御手段であり、マイクロコンピュータおよびその周辺回路などを備えて構成される。前記一対の受光素子P1,P2からの出力はX推定部41に入力され、X方向(前記図4の上下方向、ロボット21の前後方向)の移動量が推定される。同様に、前記一対の受光素子P3,P4からの出力はY推定部42に入力され、Y方向(前記図4の左右方向、ロボット21の左右方向)の移動量が推定される。それらで得られた推定量は、P部43,44にそれぞれ入力され、差動増幅された後、加算部45,46において前記操縦装置36から与えられた姿勢角操作量およびロール角操作量とそれぞれ加算され、縦サイクリックピッチ角および横サイクリックピッチ角として前記マイクロサーボL3,L4に与えられる。
The
ここで、前記X推定部41およびY推定部42からの出力は、前述のように、一対の受光素子P1,P2;P3,P4で共に光束が検出されていれば、ロボット21の略頭上に位置していると判断して、出力は0となって移動は行われず、一方で光束が検出されなくなると、予め定める出力Δが、検出されている側に対応した極性で出力され、その検出されている側への移動が行われる。また、前記一対の受光素子P1,P2;P3,P4の一方で光束が検出されている状態から、両方で光束が検出されなくなると、前述のように、該浮遊体11の移動速度がロボット21に追いついていなかったり、制御遅れが生じていると考えられ、前記X推定部41およびY推定部42からの出力は、検出されていた側に対応した極性で、たとえば2Δとなり、その検出されていた側への移動量が大きくされる(ハイゲインで出力される)。
Here, as described above, the outputs from the
また、前記超音波センサS1からの出力は、PID部47に入力され、差動増幅・積分・微分の処理が施された後、加算部48において前記操縦装置36から与えられた高度操作量と加算され、前記モータL1に上段ロータ回転数として与えられる。一方、前記ジャイロセンサS2およびヨーレートセンサS3からの出力は、P部49,50に入力され、差動増幅された後、P部49からの出力は加算部51において前記操縦装置36から与えられた方位角操作量と加算され、その値が加算部52において前記加算部48の出力から減算され、その値が加算部53において前記P部50からの出力と加算され、前記モータL2に下段ロータ回転数として与えられる。
The output from the ultrasonic sensor S1 is input to the
こうして、超音波センサS1からの出力に基づいて、ロボット21の頭上の一定高さに浮上しつつ、受光素子P〜P4の検出結果からロボット21の移動方向を検出し、追従して並行に移動してゆくことができる。
Thus, based on the output from the ultrasonic sensor S1, the
以上のように、本発明に係る浮遊体の誘導装置は、ロボット21に実質的に追従して移動し、前記ロボット21の誘導に使用される俯瞰映像の撮影などを行う浮遊体11を誘導するにあたって、前記ロボット21には、その上部に、上方に予め定めるビーム幅Wで光束を放射する光放射手段22を搭載するだけで、また浮遊体11側も、4つの受光素子P1,P2;P3,P4にマイクロコントローラ32を設けるだけでよく、無線通信を利用して浮遊体を誘導する場合に必要となるような、互いの位置関係を認識する手段や無線通信手段などの複雑な構成が不要になり、浮遊体11の浮上可能な構成で実現することができる。
As described above, the floating body guiding apparatus according to the present invention moves substantially following the
また、円筒状に形成されるダクト12の周方向に等間隔で4つの受光素子P1,P2;P3,P4を設けるので、ロボット21の移動方向の判定を容易に行い、該浮遊体11の移動方向の制御を極めて簡単に行うことができる。
In addition, since the four light receiving elements P1, P2; P3, P4 are provided at equal intervals in the circumferential direction of the
さらにまた、上述のように円筒状に形成されるダクト12の周方向に等間隔で設けられる4つの受光素子P1〜P4の内、同じ直径線上に配置される対を成す2つの受光素子P1とP2およびP3とP4の一方で光束が検出されている状態から、両方で検出されなくなると、X推定部41およびY推定部42からの出力を大きく、すなわちハイゲインで出力するので、浮遊体11の移動量が大きくなり、一旦追従(捕捉)できなくなったロボット21に、再び追従(捕捉)することができる。こうして、浮遊体11によるロボット21への追従(捕捉)精度を、より高めることができる(追従(捕捉)不能となることを少なくすることができる)。
Furthermore, among the four light receiving elements P1 to P4 provided at equal intervals in the circumferential direction of the
また、高さ検出用に超音波センサS1をさらに設けるので、ロボット21と浮遊体11との位置のずれ量および光放射手段22や受光素子P1〜P4の汚れや経年変化に拘わらず、正確な高さを検出することができ、常に一定高さの俯瞰映像の撮影を行うことができる。
In addition, since the ultrasonic sensor S1 is further provided for height detection, accurate detection is possible regardless of the positional deviation between the
上述の説明では、上述のように移動方向の判定や制御の容易さから、受光素子はP1〜P4の4つとしたけれども、光束の移動方向が検知できるように、平面を構成するように配置された3つ以上であればよい。また、地平面上を移動する移動体は、キャタピラ走行などで低速で移動する車両などでもよい。 In the above description, four light receiving elements P1 to P4 are used for ease of determination and control of the moving direction as described above. However, the light receiving elements are arranged to form a plane so that the moving direction of the light beam can be detected. It is sufficient if there are three or more. In addition, the moving body that moves on the ground plane may be a vehicle that moves at a low speed by caterpillar traveling or the like.
1,21 ロボット
2,11 浮遊体
3,34 カメラ
12 ダクト
13 本体
14,15 ロータ
16 ロッド
17,18保持部材
19 回転部材
20 スタビライザ
22 光放射手段
31 機体
32 マイクロコントローラ
33 ラジコン受信機
35 受信機
36 操縦装置
S1 超音波センサ
S2 ジャイロセンサ
S3 ヨーレートセンサ
41 X推定部
42 Y推定部
43,44,49,50 P部
45,46,48,51,52,53 加算部
47 PID部
L1,L2 モータ
L3,L4 マイクロサーボ
P1〜P4 受光素子
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記移動体に搭載され、上方に予め定めるビーム幅で光束を放射する光放射手段と、
前記浮遊体に搭載され、下方からの光束を受光し、前記回転翼を保護する円筒状のダクトの下面に沿って、周方向に等間隔に配置される3つ以上の受光素子と、
前記浮遊体に搭載され、前記各受光素子からの出力に応答して前記移動機構の制御を行い、前記浮遊体を前記移動体の上方に浮遊させる移動制御手段とを含むことを特徴とする浮遊体の誘導装置。 Go substantially follow the moving object moving on the horizontal plane, a device for inducing floating body to have a rotating blade as the moving mechanism,
A light emitting means mounted on the moving body and emitting a light beam with a predetermined beam width upward;
Three or more light receiving elements that are mounted on the floating body, receive light beams from below, and are arranged at equal intervals in the circumferential direction along the lower surface of a cylindrical duct that protects the rotor blades ;
Mounted on the floating body, the and controls the pre-response KiUtsuri kinematic mechanism on the output from the light receiving elements, and characterized in that it comprises a movement control means for floating the floating body above said moving body Floating body guidance device.
前記移動制御手段は、前記超音波センサからの出力に応答して前記移動機構の制御を行い、前記浮遊体を前記移動体の上方の一定高さに浮遊させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の浮遊体の誘導装置。 The floating body further includes an ultrasonic sensor for detecting a distance to the moving body on the lower side,
The said movement control means controls the said moving mechanism in response to the output from the said ultrasonic sensor, and floats the said floating body to the fixed height above the said mobile body. 4. The floating body guiding device according to any one of items 3.
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