JP6735821B2 - Uav経路を計画し制御するシステム及び方法 - Google Patents
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Description
本願は、2015年10月30日に出願された「SYSTEMS AND METHODS FOR UAV INTERACTIVE INSTRUCTIONS AND CONTROL」という表題の国際出願第PCT/CN2015/093459号明細書の優先権を主張するものであり、この国際出願の内容は全体的に、参照により本明細書に援用される。
により得ることができ、式中、画像幅及び画像高さはそれぞれ、未処理画像フレームの幅及び高さに対応する。上記変換及び/又は正規化は、ソフトウェア及び/又はハードウェアの組合せを使用して、ユーザ端末により実行することができる。
以下の式は、画像の(xpercentage,ypercentage)、xi、yi、及び(画像幅,画像高さ)の間の関係に基づく。
画像の焦点距離fと視野(FOV)との以下の関係:
に基づいて、以下の式を取得し得る。
すなわち、
上記に示されるように、座標(xw,yw,zw)は、未知の値Dを含む。選択された方向は方向ベクトルであるため、正規化ステップを実行して、未知の値Dをなくすことができる。D=1であると仮定すると、カメラ座標系での選択方向の方向ベクトルOAは、
により与え得る。図3のモデルを使用して、世界座標系での点(xw,yw,zw)に基づいて、カメラ座標系でのターゲット方向のベクトルOAを取得することができる。世界座標系での点(xw,yw,zw)には、カメラ座標系での選択点(xi,yi)を関連付け得る。世界座標系での点(xw,yw,zw)は深度値Dを含み得る。カメラ座標系でのターゲット方向のベクトルOAは、深度値Dに関して(xw,yw,zw)を正規化することにより取得することができ、深度値Dは、正規化後、ベクトルOAからなくすことができる。
としてジンバルにより提供することができる。世界座標系(東,北,地表)での選択方向の空間方向ベクトルOAgndは、
として与え得る。幾つかの実施形態では、変換行列は、可動物体の1つ又は複数のセンサから収集されるデータを使用することにより取得することができる。1つ又は複数のセンサは、可動物体のIMUに配置し得る。1つ又は複数のセンサは、可動物体の姿勢を測定するように構成し得る。変換行列は、部分的に可動物体の姿勢を使用して取得することができる。
により与え得る。座標(xspace,yspace,zspace)は、図3を参照して上述したように、カメラ座標系でのユーザ選択方向の方向ベクトルOAに対応し得る。
速度Vx、Vy、及びVzは、位置932での可動物体の3軸速度であり得る。
f(t)=a5*t5+a4*t4+a3*t3+a2*t2+a1*t1+a0
式中、a0、a1、a2、a3、a4、及びa5は、多項式関数f(t)の異なる次数の項の係数である。上記例は五次の時間ベースの多項式関数を示すが、本発明はそれに限定されない。幾つかの場合、移動経路を表す多項式関数は、五次よりも低次(例えば、三次又は四次)であることができる。代替的には、移動経路を表す多項式関数は、五次よりも高次(例えば、六次又は七次)であることができる。移動経路は、任意の度数/次数の多項式関数で表し得るが、関数(又は移動経路)の生成に必要な処理電力量が一般に、関数の度数/次数に伴って増大することに留意されたい。
f(t)=a5*t5+a4*t4+a3*t3+a2*t2+a1*t1+a0
移動経路での任意のポイントでの可動物体の速度は、関数f(t)の一次導関数により与え得る。
f’(t)=5*a5*t4+4*a4*t3+3*a3*t2+2*a2*t1+a1
移動経路での任意のポイントでの可動物体の加速度は、関数f(t)の二次導関数により与え得る。
f’’(t)=20*a5*t3+12*a4*t2+6*a3*t1+2*a2
Pstart=f(0)=a0
Vstart=f’(0)=a1
Astart=f’’(0)=2*a2
が得られる。可動物体が終了点Pendにある場合、関数は、
Pend=f(t)
Vend=f’(t)
Aend=f’’(t)
により与えられ得る。
Aは、多項式関数f(t)の係数を含む行列である。係数は、A=M−1*Fから得ることができ、その理由は、全てのパラメータが測定可能であるか、既知であるか、又はユーザにより提供されるためである。例えば、開始点Pstart、開始速度Vstart、及び開始加速度Astartは既知であり、可動物体が開始点にあるとき、1つ又は複数のセンサ(例えば、IMU)により測定することができる。終了点Pend、終了速度Vend、及び終了加速度Aendは、ユーザ入力(例えば、ユーザ端末を通して提供される)から取得し得る。終了点には、ターゲット方向にある基準点930に対応し得、コンピュータ実装ディスプレイでのユーザ選択点を関連付け得る。終了速度及び終了加速度は、終了点での可動物体の入力速度及び入力加速度(ユーザにより提供又は定義されるような)に対応し得る。
にそれぞれ対応する既知の値であり、可動物体の1つ又は複数のセンサ(例えば、IMU)を使用して特定し得る。終了点での場所、速度、及び加速度は、時間t=1での
にそれぞれ対応する既知の値であり、ユーザ端末を通してユーザ入力から取得し得る。Tは、可動物体が開始点から終了点まで移動するためにかかる時間であり、調整可能なパラメータである。Tが小さいほど、移動経路の曲線は急になり、Tが大きいほど、曲線は緩くなる。以下の五次多項式を解き、
x(t)=a5t5+a4t4+a3t3+a2t2+a1t+a0
X方向での制御点の時系列を取得し得る。同様に、以下の五次多項式を解き、
y(t)=b5t5+b4t4+b3t3+b2t2+b1t+b0
Y方向での制御点の時系列を取得し得る。同様に、以下の五次多項式を解き、
z(t)=c5t5+c4t4+c3t3+c2t2+c1t+c0
Z方向での制御点の時系列を取得し得る。
により与えられる角度αを含み得る。角度θ及びαは、図3を参照して上述したように、カメラ座標系でのユーザ選択方向の方向ベクトルOAに対応する座標(xspace,yspace,zspace)の三角関数である。したがって、移動経路は、障害物がない1つ又は複数の移動経路を決定するために、少なくとも1つの方向において一連の角度をトラバースするように調整することができる。少なくとも1つの方向は、環境内の世界座標系の1つ又は複数の軸に相対して定義し得る。例えば、少なくとも1つの方向は、世界座標系のx軸、y軸、又はz軸に相対して定義し得る。
Claims (31)
- 無人機の移動を制御する方法であって、
ユーザ端末によるユーザ入力により、前記無人機が移動するターゲット方向を特定し、前記無人機の基準点及び前記基準点での前記無人機の1つ又は複数の移動特性を取得するステップと、
前記ターゲット方向、前記無人機の位置及び前記基準点での前記無人機の1つ又は複数の移動特性に基づいて、前記無人機の前記位置から前記基準点への前記無人機の移動経路を生成するステップと
を含み、
前記移動特性は、前記基準点での前記無人機の速度及び加速度のうち少なくとも1つを含み、
前記ユーザ入力は、前記ユーザ端末であるコンピュータ実装インタフェースをタップすることにより得られ、当該タップにより、前記ターゲット方向が特定されるのと同時に前記基準点での前記無人機の速度及び加速度のうち少なくとも1つが取得される、方法。 - 前記基準点での前記無人機の速度及び加速度のうち少なくとも1つは、前記ユーザ入力のタップ数又はタップ期間の長さによって指定される、請求項1に記載の方法。
- 前記無人機の前記位置は、前記無人機の初期位置又は現在位置を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記位置から前記基準点への前記移動経路に沿った前記無人機の移動を行うステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記無人機が前記基準点に達したとき、前記ターゲット方向での前記無人機の移動を行うステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記移動経路は、前記位置、前記基準点、並びに前記位置及び前記基準点での前記無人機の前記1つ又は複数の移動特性の関数により表示される、請求項1に記載の方法。
- 初期方向は、前記無人機の前記位置での前記移動経路への第1の接線により定義される、請求項1に記載の方法。
- 前記ターゲット方向は、前記基準点での前記移動経路への第2の接線により定義される、請求項7に記載の方法。
- 前記第1の接線及び前記第2の接線は、異なる方向に延びる、請求項8に記載の方法。
- 前記第1の接線及び前記第2の接線は、互いに斜めであり、または互いに直交する、請求項9に記載の方法。
- 前記基準点での前記無人機の向きは、前記位置での前記無人機の向きと異なる、請求項1に記載の方法。
- 前記無人機は、前記位置及び前記基準点の両方において同じ向きである、請求項1に記載の方法。
- 前記位置及び前記基準点は、異なる高度にある、請求項1に記載の方法。
- 前記無人機は、第1の瞬間に前記1つ又は複数の対応する移動特性を有する前記位置にあり、前記移動特性は、前記位置での前記無人機の第1の速度及び第1の加速度のうち少なくとも1つを含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の瞬間と異なる第2の瞬間に前記1つ又は複数の対応する移動特性を有する前記無人機は、前記基準点にあると推定され、前記基準点での前記無人機の速度及び加速度は、第2の速度及び第2の加速度である、請求項14に記載の方法。
- 前記基準点、前記第2の速度、及び前記第2の加速度は、前記ユーザ入力から得られる、請求項15に記載の方法。
- 前記基準点、前記第2の速度、及び前記第2の加速度はそれぞれ、前記第2の瞬間においてユーザが望む位置、速度、及び加速度に対応する、請求項16に記載の方法。
- 前記第2の瞬間は、前記第1の瞬間後に生じる時点である、請求項15に記載の方法。
- 前記無人機は、前記移動経路を辿ることにより前記第2の瞬間に前記第2の速度及び前記第2の加速度で前記基準点に到達すると予測される、請求項15に記載の方法。
- 無人機の周囲の環境の画像は、前記コンピュータ実装インタフェースにレンダリングされる、請求項1に記載の方法。
- 前記画像は、前記無人機から撮影される一人称視点(FPV)として予測される、請求項20に記載の方法。
- 前記ターゲット方向は、前記環境内で定義されるベクトルである、請求項20に記載の方法。
- 前記移動経路は、前記環境内で生成される、請求項20に記載の方法。
- 前記環境の環境マップを生成することを更に含む、請求項20に記載の方法。
- 前記移動経路は、1つ又は複数の関数により表示される、請求項1〜24のいずれか一項に記載の方法。
- 前記1つ又は複数の関数は、多項式時間ベース関数を含む、請求項25に記載の方法。
- 1つ又は複数の多項式関数は、ベジエ曲線又はBスプラインを含む、請求項26に記載の方法。
- 前記移動経路は、前記位置と前記基準点との間の1つ又は複数の中間ウェイポイントを使用せずに生成されるステップを、含む請求項1に記載の方法。
- 無人機の移動を制御する装置であって、1つ又は複数のプロセッサを備え、前記1つ又は複数のプロセッサは、個々に又は集合的に、
ユーザ端末によるユーザ入力により、前記無人機が移動するターゲット方向を特定し、前記無人機の基準点及び前記基準点での前記無人機の1つ又は複数の移動特性を取得することと、
前記ターゲット方向、前記無人機の位置及び前記基準点での前記無人機の1つ又は複数の移動特性に基づいて、前記無人機の前記位置から前記基準点への前記無人機の移動経路を生成することと
を行うように構成され、
前記移動特性は、前記基準点での前記無人機の速度及び加速度のうち少なくとも1つを含み、
前記ユーザ入力は、前記ユーザ端末であるコンピュータ実装インタフェースをタップすることにより得られ、当該タップにより、前記ターゲット方向が特定されるのと同時に前記基準点での前記無人機の速度及び加速度のうち少なくとも1つが取得される、装置。 - 実行されると、コンピュータに無人機の移動を制御する方法を実行させる命令を記憶した不揮発性コンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
ユーザ端末によるユーザ入力により、前記無人機が移動するターゲット方向を特定し、前記無人機の基準点及び前記基準点での前記無人機の1つ又は複数の移動特性を取得することと、
前記ターゲット方向、前記無人機の位置及び前記基準点での前記無人機の1つ又は複数の移動特性に基づいて、前記無人機の前記位置から前記基準点への前記無人機の移動経路を生成することと
を含み、
前記移動特性は、前記基準点での前記無人機の速度及び加速度のうち少なくとも1つを含み、
前記ユーザ入力は、前記ユーザ端末であるコンピュータ実装インタフェースをタップすることにより得られ、当該タップにより、前記ターゲット方向が特定されるのと同時に前記基準点での前記無人機の速度及び加速度のうち少なくとも1つが取得される、不揮発性コンピュータ可読媒体。 - 無人航空機(UAV)システムであって、
前記UAVを制御するように動作可能な装置を備え、前記装置は、1つ又は複数のプロセッサを備え、前記1つ又は複数のプロセッサは、個々に又は集合的に、
ユーザ端末によるユーザ入力により、前記UAVが移動するターゲット方向を特定し、前記UAVの基準点及び前記基準点での前記UAVの1つ又は複数の移動特性を取得することと、
前記ターゲット方向、前記UAVの位置及び前記基準点での前記UAVの1つ又は複数の移動特性に基づいて、前記UAVの前記位置から前記基準点への前記UAVの移動経路を生成することと
を行うように構成され、
前記移動特性は、前記基準点での前記UAVの速度及び加速度のうち少なくとも1つを含み、
前記ユーザ入力は、前記ユーザ端末であるコンピュータ実装インタフェースをタップすることにより得られ、当該タップにより、前記ターゲット方向が特定されるのと同時に前記基準点での前記UAVの速度及び加速度のうち少なくとも1つが取得される、無人航空機(UAV)システム。
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