JP6776752B2 - 飛行装置、飛行装置制御プログラム及び飛行装置制御方法 - Google Patents
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Description
以下、飛行装置の第1の実施形態について、図1〜図6に基づいて詳細に説明する。図1には、飛行装置の第1の実施形態であるマルチコプタ100が斜視図にて示されている。本第1の実施形態では、マルチコプタ100は、対象物としての建造物(橋梁等)を点検するための装置であり、建造物近傍を飛行して撮影する装置である。マルチコプタ100は、図1に示すように、飛行装置本体としてのマルチコプタ本体20と、フレーム構造体30と、を備える。
次に、マルチコプタ100の動作について、図5のフローチャートに沿って、その他図面を適宜参照しつつ詳細に説明する。なお、本処理では、マルチコプタ100を用いて、橋梁の壁や天井部分の点検を行う場合について説明する。
推定接触角=(φ1−φ2)/2+φ2 …(1)
推定接触力=F1+F2 …(2)
推定接触角=(F1/推定接触力)×(φ1−φ2)+φ2 …(3)
次に、第2の実施形態について図12〜図16に基づいて説明する。図12には、本第2の実施形態に係るマルチコプタ100’及びコントローラ装置200の制御系がブロック図にて示されており、図13には、図12の制御部の機能ブロック図が示されている。本第2の実施形態のマルチコプタ100’は、図12と図3とを比較するとわかるように、接触センサCS1〜CS8を有していない点が、第1の実施形態と異なる。また、本第2の実施形態のマルチコプタ100’の制御部70は、図13と図4とを比較するとわかるように、接触状態推定部84が、操作コマンド受付部80が受け付けた操作コマンドと、慣性センサからの出力とに基づいて、接触状態を推定する点が、第1の実施形態と異なる。
第1の推定方法としては、予め定めたルールに基づいて、操作コマンド(ピッチ角)と慣性センサ76の出力(角速度)とから、接触状態を推定する。なお、本説明では、説明の簡素化のため、マルチコプタ100’が図14(a)に示すように左壁に接触した状態(左接触状態)であるか、天井に接触した状態(上接触状態)であるかを判定するルールについて説明する。
第2の推定方法としては、動力学モデルに基づいて、接触状態を推定する。具体的には、図15に示すように、マルチコプタ100’の質量をm、操作コマンド(ピッチ角)をθ、操作コマンド(スロットル量)をf、加速度をa、壁から受ける力(接触力)をNとし、接触状態推定部84は、次式(4)より、接触力Nを算出する。
N=fsinθ−ma …(4)
図16(a)、図16(b)には、第3の推定方法について説明するための図が示されている。第3の推定方法では、図16(a)に示すように、操作コマンド(ピッチ角θ)と、慣性センサ76の出力(X軸加速度)と、実際の接触状態を予め与えて、学習させる。そして、接触状態推定部84は、接触状態を推定する際には、操作コマンド(ピッチ角θ)と慣性センサ76の出力(X軸加速度)と、学習結果とから、接触状態を推定する。
次に、第3の実施形態について、図18〜図20に基づいて説明する。本第3の実施形態のマルチコプタ100”は、第1の実施形態のマルチコプタ100と同様の構成(ここでは、一例として図8の構成であるとする)を有しているものとする。本第3の実施形態では、慣性センサ76の出力と、接触センサCS1〜CS8の出力の両方を用いて、壁や天井との接触状態を判定する。以下、本第3の実施形態における、接触状態推定部84による推定方法について、詳細に説明する。
第1の推定方法としては、予め定めたルールに基づいて、操作コマンド(ピッチ角)と慣性センサの出力(角速度)、及び接触センサCS1〜CS8の出力から、接触状態を推定する。なお、本説明では、説明の簡素化のため、マルチコプタ100”が図18(a)に示すように左壁に接触した状態(左接触状態)であるか、天井に接触した状態(上接触状態)であるかを判定するルールについて説明する。
図19(a)、図19(b)には、第2の推定方法について説明するための図が示されている。なお、本第2の推定方法を適用する場合、マルチコプタ100”としては、図8の構成を用い、接触センサCS1〜CS8として力センサを有するもの(接触力を検出できる接触センサ)を用いるものとする。
本第3の実施形態では、接触センサCS1〜CS8と慣性センサ76の出力を用いることとしているので、図20(a)に示すように、壁面に接触していたマルチコプタ100”が回転した場合(片側の車輪34が壁から離れた場合)でも、図20(b)に示す処理により、離れた角度θを推定することができる。なお、図20(b)の処理は、マルチコプタ100”が壁面に接触している状態(接触センサCS1〜CS8のいずれかがONを出力している状態)から開始される処理である。
(付記1) ユーザが操作するコントローラ装置と通信する飛行装置であって、
接触検知部からの信号に基づいて、前記飛行装置が対象物に接触しているか否かを判定する判定部と、
前記判定部が前記対象物に接触していると判定した場合に、前記対象物と前記飛行装置との接触を維持するように推力を発生させた状態で、前記コントローラ装置から送信された操作コマンドに対応する方向に前記飛行装置を移動させる推力制御部と、を備える飛行装置。
(付記2) 前記接触検知部は、前記対象物との接触により受ける外力を検知する複数の接触センサを含む、ことを特徴とする付記1に記載の飛行装置。
(付記3) 回転翼を有する飛行装置本体と、
前記飛行装置本体に固定されたフレームに回転可能に支持された複数の車輪と、を備え、
前記複数の接触センサは、前記フレームの前記複数の車輪の間に設けられたリング状部材に設けられ、前記複数の車輪それぞれが前記対象物に接触したタイミングで、前記複数の接触センサの少なくとも1つが前記外力を検知する、ことを特徴とする付記2に記載の飛行装置。
(付記4) 前記フレームの前記複数の車輪の間には、前記リング状部材が複数設けられ、複数の前記リング状部材それぞれに複数の前記接触センサが設けられていることを特徴とする付記3に記載の飛行装置。
(付記5) 前記複数の接触センサを連結するリング状の連結部材を更に備え、
前記判定部は、前記対象物に前記連結部材が接触することにより、前記複数の接触センサのうちの少なくとも2つの接触センサで接触が検知された場合に、前記少なくとも2つの接触センサによる検知結果に基づいて、前記対象物の接触方向を推定することを特徴とする付記3又は4に記載の飛行装置。
(付記6) 前記複数の接触センサは、前記対象物との接触力を検知するセンサであり、
前記判定部は、前記対象物に前記連結部材が接触することにより、前記複数の接触センサのうちの少なくとも2つの接触センサで接触が検知された場合に、前記少なくとも2つの接触センサによる検知結果に基づいて、前記対象物の接触力及び接触方向を推定することを特徴とする付記5に記載の飛行装置。
(付記7) 前記複数の接触センサの前記対象物と接触する部分には、ローラが設けられていることを特徴とする付記2〜6のいずれかに記載の飛行装置。
(付記8) 前記接触検知部は、前記飛行装置に作用する慣性力を検出する慣性センサを含む、ことを特徴とする付記1〜7のいずれかに記載の飛行装置。
(付記9) 前記判定部は、前記コントローラ装置から送信された操作コマンドと、前記慣性センサによる検出結果とに基づいて、前記対象物との接触を判定することを特徴とする付記8に記載の飛行装置。
(付記10) 前記接触検知部は、前記対象物との接触により受ける外力を検知する複数の接触センサと、前記飛行装置に作用する慣性力を検出する慣性センサを含み、
前記判定部は、前記慣性センサによる検出結果と、前記複数の接触センサによる検出結果とに基づいて、前記対象物との接触を判定するとともに、外乱による前記飛行装置への影響を判定する、ことを特徴とする付記1に記載の飛行装置。
(付記11) ユーザが操作するコントローラ装置と通信する飛行装置を制御する飛行装置制御プログラムであって、
接触検知部からの信号に基づいて、前記飛行装置が対象物に接触しているか否かを判定し、
前記判定する処理において前記対象物に接触していると判定した場合に、前記対象物と前記飛行装置との接触を維持するように推力を発生させた状態で、前記コントローラ装置から送信された操作コマンドに対応する方向に前記飛行装置を移動させる、
処理をコンピュータに実行させるための飛行装置制御プログラム。
(付記12)
ユーザが操作するコントローラ装置と通信する飛行装置を制御する飛行装置制御方法であって、
接触検知部からの信号に基づいて、前記飛行装置が対象物に接触しているか否かを判定し、
前記判定する処理において前記対象物に接触していると判定した場合に、前記対象物と前記飛行装置との接触を維持するように推力を発生させた状態で、前記コントローラ装置から送信された操作コマンドに対応する方向に前記飛行装置を移動させる、
処理をコンピュータが実行する飛行装置制御方法。
22 回転翼
32 フレーム
34 車輪
50 接触センサ保持部材(リング状部材)
76 慣性センサ(接触検知部)
82 飛行制御部(推力制御部)
84 接触状態推定部(判定部)
100 マルチコプタ(飛行装置)
102 連結部材
200 コントローラ装置
S1〜S8 接触センサ(接触検知部)
Claims (10)
- ユーザが操作するコントローラ装置と通信する飛行装置であって、
接触検知部からの信号に基づいて、前記飛行装置が対象物に接触しているか否かを判定する判定部と、
前記判定部が前記対象物に接触していると判定した場合に、前記コントローラ装置から前記飛行装置を前記対象物から離す操作コマンドが送信されてくるまで、前記対象物と前記飛行装置との接触を維持するように推力を発生させた状態で、前記コントローラ装置から送信された操作コマンドに対応する方向に前記飛行装置を移動させる推力制御部と、を備える飛行装置。 - 前記接触検知部は、前記対象物との接触により受ける外力を検知する複数の接触センサを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の飛行装置。
- 回転翼を有する飛行装置本体と、
前記飛行装置本体に固定されたフレームに回転可能に支持された複数の車輪と、を備え、
前記複数の接触センサは、前記フレームの前記複数の車輪の間に設けられたリング状部材に設けられ、前記複数の車輪それぞれが前記対象物に接触したタイミングで、前記複数の接触センサの少なくとも1つが前記外力を検知する、ことを特徴とする請求項2に記載の飛行装置。 - 前記複数の接触センサを連結するリング状の連結部材を更に備え、
前記判定部は、前記対象物に前記連結部材が接触することにより、前記複数の接触センサのうちの少なくとも2つの接触センサで接触が検知された場合に、前記少なくとも2つの接触センサによる検知結果に基づいて、前記対象物の接触方向を推定することを特徴とする請求項3に記載の飛行装置。 - 前記複数の接触センサは、前記対象物との接触力を検知するセンサであり、
前記判定部は、前記対象物に前記連結部材が接触することにより、前記複数の接触センサのうちの少なくとも2つの接触センサで接触が検知された場合に、前記少なくとも2つの接触センサによる検知結果に基づいて、前記対象物の接触力及び接触方向を推定することを特徴とする請求項4に記載の飛行装置。 - 前記接触検知部は、前記飛行装置に作用する慣性力を検出する慣性センサを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の飛行装置。
- 前記判定部は、前記慣性センサによる検出結果と、前記コントローラ装置から送信された操作コマンドと、の対応関係から、前記対象物との接触を判定することを特徴とする請求項6に記載の飛行装置。
- 前記接触検知部は、前記対象物との接触により受ける外力を検知する複数の接触センサと、前記飛行装置に作用する慣性力を検出する慣性センサを含み、
前記判定部は、前記慣性センサによる検出結果と、前記複数の接触センサによる検出結果とに基づいて、前記対象物との接触を判定するとともに、外乱による前記飛行装置への影響を判定する、ことを特徴とする請求項1に記載の飛行装置。 - ユーザが操作するコントローラ装置と通信する飛行装置を制御する飛行装置制御プログラムであって、
接触検知部からの信号に基づいて、前記飛行装置が対象物に接触しているか否かを判定し、
前記判定する処理において前記対象物に接触していると判定した場合に、前記コントローラ装置から前記飛行装置を前記対象物から離す操作コマンドが送信されてくるまで、前記対象物と前記飛行装置との接触を維持するように推力を発生させた状態で、前記コントローラ装置から送信された操作コマンドに対応する方向に前記飛行装置を移動させる、
処理をコンピュータに実行させるための飛行装置制御プログラム。 - ユーザが操作するコントローラ装置と通信する飛行装置を制御する飛行装置制御方法であって、
接触検知部からの信号に基づいて、前記飛行装置が対象物に接触しているか否かを判定し、
前記判定する処理において前記対象物に接触していると判定した場合に、前記コントローラ装置から前記飛行装置を前記対象物から離す操作コマンドが送信されてくるまで、前記対象物と前記飛行装置との接触を維持するように推力を発生させた状態で、前記コントローラ装置から送信された操作コマンドに対応する方向に前記飛行装置を移動させる、
処理をコンピュータが実行する飛行装置制御方法。
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