JP6860074B2 - データ処理装置、駆動制御装置、データ処理方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。第1の実施形態は、データ処理装置11が、図1に示されるような飛翔体1aに適用される形態である。
飛翔体1aは、図1に示されるように、回転翼2および筐体3を有する。
駆動制御装置21は、回転翼2の回転駆動を制御することによって、飛翔体1aの推進力および姿勢を制御する。
・飛翔体1aに生じる推進力の大きさ
・飛翔体1aのby軸まわりの回転量(機首が向く方位)
・機首を下げる角度(水平方向に対する伏角。Pitch角。)
駆動制御装置21は、具体的には、制御信号生成部211を備える。
風センサ5は、風の強さを計測する計測器である。具体的には、風センサ5は、飛翔体1aに搭載され、飛翔体1aが受ける風の強さを計測する。風センサ5により計測される値(以下、計測値)の単位は、例えば、「m/s」、「ノット」、または「m3/min」のいずれでもよいし、これら以外でもよい。計測値は、風センサ5が受けた風の強さを定量的に示す値であればよい。風センサ5の一例としては、風速計、風量計、圧力計、およびマイクロフォン(風の強さに応じて変化する音量を取得する)等が挙げられる。
撮像装置8は、撮像を行うデバイスである。撮像装置8は、例えば、カメラである。撮像装置8は、撮像装置8の撮影範囲を、例えば、所定のフレームレートで連続的に撮影することにより、動画像を取得する。撮像装置8は、撮像のタイミングを指定する撮像コマンドに基づいて静止画を取得してもよい。撮像コマンドは、筐体3または撮像装置8に含まれる、撮像コマンドを発生させる回路から受信されてもよいし、飛翔体1aの外部から遠隔で受信されてもよい。撮像コマンドに基づいて撮像を行う場合、撮像装置8は、少なくとも3つの時点において撮像を行い、画像をそれぞれ取得する。
以下、図2を参照しながら、データ処理装置11に含まれる構成について説明する。データ処理装置11は、計測条件制御部110、風情報取得部111、推進力特定部112、姿勢特定部113、変動量計算部114、合力計算部115、外力推定部116、関係推定部117、およびデータ記憶部119を備える。
本実施形態の飛翔体1aの動作の流れを、図4のフローチャートを参照しながら説明する。
ステップS13において、風情報取得部111は、例えば、計測方向が機首方向に一致する風センサ5によって、by軸が異なる2時点において計測された計測値を用いることにより、風の方向および強さを特定する。
ステップS14において、変動量計算部114は、例えば、異なる2つ以上の時点においてそれぞれ取得された撮像画像に対して、オプティカルフローを計算し、計算されたオプティカルフローに基づき、飛翔体1aの速度を導出する。オプティカルフローに基づけば、撮像装置8の撮影方向に垂直な方向の速度ベクトルが導出可能である。本実施形態では、撮像装置8の撮影方向はby軸方向であるので、導出される速度ベクトルは、x方向とz方向とを含む平面上のベクトルである。すなわち、導出される速度ベクトルは、x方向成分とz方向成分との2成分によって記述可能である。ただし、飛翔体1aが傾いている場合は撮像装置8も傾いているため、変動量計算部114は、速度ベクトルをx方向成分とz方向成分との2成分によって記述する場合、姿勢特定部113により特定された飛翔体1aのPitch角に基づいて、x方向およびz方向を特定する。
ステップS15において、合力計算部115は、例えば、運動の法則に基づく式により、飛翔体1aが受けた力のx方向成分とz方向成分とを推定する。飛翔体1aの加速度を“a”、飛翔体1aの質量を“M”とすれば、運動の法則により、飛翔体1aが受けた力“F”は、F=M×aで算出される。飛翔体1aが受けた力のx方向成分を“Fx”とし、x方向の加速度を“ax”とすれば、Fx=M×axが成立する。飛翔体1aが受けた力のz方向成分を“Fz”とし、z方向の加速度を“az”とすれば、Fz=M×azが成立する。
ステップS16において、外力推定部116は、例えば、外力のx方向成分とz方向成分とを推定する。
ステップS18において、関係推定部117は、例えば、風の強さと外力との関係を表す値を導出する。
第1の実施形態に係る飛翔体1aによれば、飛翔体1aが受ける風の強さと外力との関係を示す情報を得ることができる。具体例としては、データ処理装置11は、飛翔体1aが受けた風の強さと外力とのデータセット、および、係数αを得ることができる。
上述した実施形態の変形例について述べる。
データ記憶部119に記憶されるデータは、保持されるべき値が特定可能な情報であればよい。たとえば、外力推定部116は、外力の代わりに、外力を質量Mでわった値を、外力を特定可能な情報としてテーブルに書き込んでもよい。
機首方向は随時変更可能であってもよい。すなわち、駆動制御装置21は、飛翔体1aを任意の方向に倒すことが可能であってもよい。倒した方向が、機首方向として定義されればよい。
撮像装置8の撮影方向は飛翔体1aの向きに依存しないよう構成されてもよい。
機首方向が随時変更可能で、かつ撮像装置8の撮影方向が飛翔体1aの向きに依存しない場合には、ステップS11の処理は省略可能である。撮影方向が可変である場合には、ステップS11の処理の代わりに、計測条件制御部110が、撮像装置8の撮影方向が風の方向に垂直となるように制御する、ステップS21の処理があればよい。そのような処理により、撮像装置8は、飛翔体1aが回転しなくても、飛翔体1aの位置の変動および加速度を推定可能な撮像画像を取得できる。
風センサ5が複数個あり、機首方向が可変である場合は、ステップS11の処理において、計測条件制御部110は、いずれの風センサ5の計測方向を、風の方向と重力の方向とを含む平面に含まれるように、制御してもよい。風センサ5が複数個(k個)ある場合は、計測条件制御部110は、各風センサ5の計測値のうち最も高い値を示す風センサ5の計測方向を、風の方向と重力の方向とを含む平面に含まれるように制御すれば、飛翔体1aの回転量を抑えることができる。例えば、複数個(k個)の風センサ5が、飛翔体1aのbz軸まわりにk回対称になるように配置されている場合、ステップS11の処理において飛翔体1aを回転させる角度の範囲は、360°/k以内にすることができる。
データ処理装置11が導出する値は、上述の計算式とは異なる計算式に基づいて導出されてもよい。
α等の、関係推定部117が値を推定する対象は、1つでなくてもよい。関係推定部117は、推定された外力と計測値との複数のデータセットを用いることで、複数の、値が不明なパラメータの値を導出することができる。
Fwx=C1×f(Wx)+C2×g(Wz)
Fwz=C3×f(Wx)+C4×g(Wz)
として、C1、C2、C3、およびC4の値を推定の対象としてもよい。ただし、関数fおよび関数gは予め定義された関数である。この場合、推定の対象(以下、「推定対象」とも称す)はC1、C2、C3、およびC4の4つであるため、関係推定部117は、4つ以上のデータセットを用いることにより、それらのデータセットにマッチするC1、C2、C3、およびC4の値を推定することが可能である。値を推定する方法としては、例えば、最小二乗法が挙げられる。なお、上記の例の変更例として、関数fおよび関数gの中にさらに不明なパラメータが設定されていてもよい。
第2の実施形態に係る飛翔体1bについて説明する。図8は、飛翔体1bの構成を示すブロック図である。飛翔体1bは、データ処理装置12の構成要素として、データ処理装置11に含まれる構成要素に加えて、パラメータ修正部128を含む。パラメータ修正部128以外の構成要素は、飛翔体1aの構成要素と同様である。
・α等の推定対象の推定された値のばらつきが基準を満たさない場合(直近の数件のデータセットにおける推定対象の推定された値の最大値と最小値との差が所定の値以上である、または直近の数件のデータセットにおける推定対象の推定された値の分散が所定の値以上である場合、等)
・風の方向と外力の方向との乖離が基準を満たさない場合(風の方向と外力の方向とのなす角が所定の角度以上であるデータセットが存在する場合、または直近の数件のデータセットにおける風の方向と外力の方向とのなす角の平均が所定の角度以上である場合、等)
修正の対象となるパラメータは、任意に設定されうる。例えば、質量M、制御信号と推進力との関係を示す係数K、飛翔体1aに対する風の方向に応じた補正関数P(θ+φ)に用いられる定数、および、オプティカルフローの計算において用いられる定数(L等)、等が、修正の対象とされてもよい。なお、修正の対象は、データ処理装置12の設計時に定義されていればよい。なお、パラメータの値は、例えば、データ記憶部119に記憶されている。
第3の実施形態として、第2の実施形態の飛翔体1bに更なる構成要素が加わった形態を説明する。
本発明の第4の実施形態について説明する。第4の実施形態は、データ処理装置10が移動体1に関するデータを処理する形態である。
以上で説明された本発明の各実施形態において、各装置の各構成要素を示すブロックは、機能単位で示されている。しかし、構成要素を示すブロックは、各構成要素が別個のモジュールにより構成されることを必ずしも意味していない。
・1つまたは複数のCPU(Central Processing Unit)901
・ROM902
・RAM(Random Access Memory)903
・RAM903へロードされるプログラム904Aおよび記憶情報904B
・プログラム904Aおよび記憶情報904Bを格納する記憶装置905
・記憶媒体906の読み書きを行うドライブ装置907
・通信ネットワーク909と接続する通信インタフェース908
・データの入出力を行う入出力インタフェース910
・各構成要素を接続するバス911
たとえば、各実施形態における各装置の各構成要素は、その構成要素の機能を実現するプログラム904AをCPU901がRAM903にロードして実行することで実現される。各装置の各構成要素の機能を実現するプログラム904Aは、例えば、予め、記憶装置905やROM902に格納される。そして、必要に応じてCPU901がプログラム904Aを読み出す。記憶装置905は、たとえば、ハードディスクである。プログラム904Aは、通信ネットワーク909を介してCPU901に供給されてもよいし、予め記憶媒体906に格納されており、ドライブ装置907に読み出され、CPU901に供給されてもよい。なお、記憶媒体906は、たとえば、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、および不揮発性半導体メモリ等の、可搬媒体である。
[付記1]
推進力を発生させる機構と、移動体が受けている風の少なくとも一方向成分の強さを計測する計測器と、を備える前記移動体の、加速度を取得する加速度取得手段と、
前記計測器により計測された値から特定される、前記風が吹く方向および前記風の強さを示す風情報を取得する風情報取得手段と、
前記加速度と、前記推進力の方向および大きさと、に基づき、前記移動体が前記風から受けている外力の大きさを推定する外力推定手段と、
前記風の強さと前記推定された外力の大きさとの関係を示す関係情報を生成する生成手段と、
を備えるデータ処理装置。
[付記2]
前記移動体の姿勢を、前記推進力の方向が、前記風が吹く方向と重力の方向とを含む平面に含まれるように、制御する、計測条件制御手段を備える、
付記1に記載のデータ処理装置。
[付記3]
前記計測条件制御手段は、
前記移動体を、前記計測器の計測方向と平行でない第1の軸まわりに回転させ、前記移動体の前記姿勢が、回転させることによりとりうる姿勢のうち前記計測器により計測された値が最大になる姿勢になるよう、前記移動体の前記姿勢を制御する、
付記2に記載のデータ処理装置。
[付記4]
前記加速度取得手段は、前記移動体に搭載された撮像装置が取得する画像に基づいて前記移動体の位置の変動量を推定し、推定された前記変動量に基づいて前記加速度を推定する、
付記1に記載のデータ処理装置。
[付記5]
前記移動体の姿勢を、前記撮像装置の撮影方向が、前記風が吹く方向に垂直な方向になるように、制御する、計測条件制御手段を備える、
付記4に記載のデータ処理装置。
[付記6]
前記風情報取得手段および前記外力推定手段の少なくともいずれかが導出する値を導出するための計算において使用される少なくとも一つのパラメータを、前記関係情報に基づいて修正するパラメータ修正手段を備える、
付記1から5のいずれか一つに記載のデータ処理装置。
[付記7]
付記1から6のいずれか一つに記載のデータ処理装置から、前記移動体が受けている風に対する前記風情報と前記関係情報とを取得し、前記風情報と前記関係情報とに基づき、前記風が前記加速度に与える影響の大きさがより小さくなるような、前記移動体の前記推進力の大きさと方向とを導出する推進ベクトル導出手段と、
前記移動体の前記推進力の大きさと方向とを、前記推進ベクトル導出手段により導出された前記推進力の大きさと方向とにするための、前記機構に対する制御信号を生成する制御信号生成手段と、
を備える駆動制御装置。
[付記8]
前記データ処理装置は、前記関係情報として、前記風の強さと前記移動体が受ける力との関係を表す値を導出する関係推定手段を備え、
前記推進ベクトル導出手段は、前記加速度が最も小さい時点に対応づけられる前記値を用いて、前記推進力と前記姿勢とを導出する、
付記7に記載の駆動制御装置。
[付記9]
付記1から6のいずれか一つに記載のデータ処理装置を搭載する前記移動体。
[付記10]
付記7または8に記載の駆動制御装置を搭載する前記移動体。
[付記11]
推進力を発生させる機構と、移動体が受けている風の少なくとも一方向成分の強さを計測する計測器と、を備える前記移動体の、加速度を取得し、
前記計測器により計測された値から特定される、前記風が吹く方向および前記風の強さを示す風情報を取得し、
前記加速度と、前記推進力の方向および大きさと、に基づき、前記移動体が前記風から受けている外力の大きさを推定し、
前記風の強さと前記推定された外力の大きさとの関係を示す関係情報を生成する、
データ処理方法。
[付記12]
前記移動体の姿勢を、前記推進力の方向が、前記風が吹く方向と重力の方向とを含む平面に含まれるように、制御する、
付記11に記載のデータ処理方法。
[付記13]
前記移動体を、前記計測器の計測方向と平行でない第1の軸まわりに回転させ、前記移動体の前記姿勢が、回転させることによりとりうる姿勢のうち前記計測器により計測された値が最大になる姿勢になるよう、前記移動体の前記姿勢を制御する、
付記12に記載のデータ処理方法。
[付記14]
前記移動体に搭載された撮像装置が取得する画像に基づいて前記移動体の位置の変動量を推定し、推定された前記変動量に基づいて前記加速度を推定する、
付記11に記載のデータ処理方法。
[付記15]
前記移動体の姿勢を、前記撮像装置の撮影方向が、前記風が吹く方向に垂直な方向になるように、制御する、
付記14に記載のデータ処理方法。
[付記16]
前記風情報および前記外力の大きさの少なくともいずれかを導出するための計算において使用される少なくとも一つのパラメータを、前記関係情報に基づいて修正する、
付記11から15のいずれか一つに記載のデータ処理方法。
[付記17]
付記1から6のいずれか一つに記載のデータ処理装置から、前記移動体が受けている風に対する前記風情報と前記関係情報とを取得し、前記風情報と前記関係情報とに基づき、前記風が前記加速度に与える影響の大きさがより小さくなるような、前記移動体の前記推進力の大きさと方向とを導出し、
前記移動体の前記推進力の大きさと方向とを、導出された前記推進力と前記方向にするための、前記機構に対する制御信号を生成する、
駆動制御方法。
[付記18]
前記データ処理装置は、前記関係情報として、前記風の強さと前記移動体が受ける力との関係を表す値を導出する関係推定手段を備え、
前記駆動制御方法は、前記加速度が最も小さい時点に対応づけられる前記値を用いて、前記推進力と前記姿勢とを導出する、
付記17に記載の駆動制御方法。
[付記19]
推進力を発生させる機構と、移動体が受けている風の少なくとも一方向成分の強さを計測する計測器と、を備える前記移動体の、加速度を取得する加速度取得処理と、
前記計測器により計測された値から特定される、前記風が吹く方向および前記風の強さを示す風情報を取得する風情報取得処理と、
前記加速度と、前記推進力の方向および大きさと、に基づき、前記移動体が前記風から受けている外力の大きさを推定する外力推定処理と、
前記風の強さと前記推定された外力の大きさとの関係を示す関係情報を生成する生成処理と、
をコンピュータに実行させるプログラムを記憶する、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記憶媒体。
[付記20]
前記プログラムは、前記移動体の姿勢を、前記推進力の方向が、前記風が吹く方向と重力の方向とを含む平面に含まれるように、制御する、計測条件制御処理を前記コンピュータに実行させる、
付記19に記載の記憶媒体。
[付記21]
前記計測条件制御処理は、
前記移動体を、前記計測器の計測方向と平行でない第1の軸まわりに回転させ、前記移動体の前記姿勢が、回転させることによりとりうる姿勢のうち前記計測器により計測された値が最大になる姿勢になるよう、前記移動体の前記姿勢を制御する、
付記20に記載の記憶媒体。
[付記22]
前記加速度取得処理は、前記移動体に搭載された撮像装置が取得する画像に基づいて前記移動体の位置の変動量を推定し、推定された前記変動量に基づいて前記加速度を推定する、
付記19に記載の記憶媒体。
[付記23]
前記プログラムは、前記移動体の姿勢を、前記撮像装置の撮影方向が、前記風が吹く方向に垂直な方向になるように、制御する、計測条件制御処理を前記コンピュータに実行させる、
付記22に記載の記憶媒体。
[付記24]
前記プログラムは、前記風情報取得処理および前記外力推定処理の少なくともいずれかが導出する値を導出するための計算において使用される少なくとも一つのパラメータを、前記関係情報に基づいて修正するパラメータ修正処理を前記コンピュータに実行させる、
付記19から23のいずれか一つに記載の記憶媒体。
[付記25]
付記1から6のいずれか一つに記載のデータ処理装置から、前記移動体が受けている風に対する前記風情報と前記関係情報とを取得し、前記風情報と前記関係情報とに基づき、前記風が前記加速度に与える影響の大きさがより小さくなるような、前記移動体の前記推進力の大きさと方向とを導出する推進ベクトル導出処理と、
前記移動体の前記推進力の大きさと方向とを、前記推進ベクトル導出処理により導出された前記推進力の大きさと方向とにするための、前記機構に対する制御信号を生成する制御信号生成処理と、
をコンピュータに実行させるプログラムを記憶する、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記憶媒体。
[付記26]
前記データ処理装置は、前記関係情報として、前記風の強さと前記移動体が受ける力との関係を表す値を導出する関係推定手段を備え、
前記推進ベクトル導出処理は、前記加速度が最も小さい時点に対応づけられる前記値を用いて、前記推進力と前記姿勢とを導出する、
付記25に記載の記憶媒体。
1a、1b、1c 飛翔体
2 回転翼
3 筐体
5 風センサ
8 撮像装置
9 アクチュエータ
10、11、12 データ処理装置
20、21、22 駆動制御装置
30 計測器
40 推進力発生機構
101 加速度取得部
102 風情報取得部
103 外力推定部
104 生成部
110 計測条件制御部
111 風情報取得部
112 推進力特定部
113 姿勢特定部
114 変動量計算部
115 合力計算部
116 外力推定部
117 関係推定部
119 データ記憶部
128 パラメータ修正部
211 制御信号生成部
222 推進ベクトル導出部
900 コンピュータ
901 CPU
902 ROM
903 RAM
904A プログラム
904B 記憶情報
905 記憶装置
906 記憶媒体
907 ドライブ装置
908 通信インタフェース
909 通信ネットワーク
910 入出力インタフェース
911 バス
Claims (10)
- 推進力を発生させる機構と、移動体が受けている風の少なくとも一方向成分の強さを計測する計測器と、を備える前記移動体の、加速度を取得する加速度取得手段と、
前記計測器により計測された値から特定される、前記風が吹く方向および前記風の強さを示す風情報を取得する風情報取得手段と、
前記加速度と、前記推進力の方向および大きさと、に基づき、前記移動体が前記風から受けている外力の大きさを推定する外力推定手段と、
前記風の強さと前記推定された外力の大きさとの関係を示す関係情報を生成する生成手段と、
を備えるデータ処理装置。 - 前記移動体の姿勢を、前記推進力の方向が、前記風が吹く方向と重力の方向とを含む平面に含まれるように、制御する、計測条件制御手段を備える、
請求項1に記載のデータ処理装置。 - 前記計測条件制御手段は、
前記移動体を、前記計測器の計測方向と平行でない第1の軸まわりに回転させ、前記移動体の前記姿勢が、回転させることによりとりうる姿勢のうち前記計測器により計測された値が最大になる姿勢になるよう、前記移動体の前記姿勢を制御する、
請求項2に記載のデータ処理装置。 - 前記加速度取得手段は、前記移動体に搭載された撮像装置が取得する画像に基づいて前記移動体の位置の変動量を推定し、推定された前記変動量に基づいて前記加速度を推定する、
請求項1に記載のデータ処理装置。 - 前記移動体の姿勢を、前記撮像装置の撮影方向が、前記風が吹く方向に垂直な方向になるように、制御する、計測条件制御手段を備える、
請求項4に記載のデータ処理装置。 - 前記風情報取得手段および前記外力推定手段の少なくともいずれかが導出する値を導出するための計算において使用される少なくとも一つのパラメータを、前記関係情報に基づいて修正するパラメータ修正手段を備える、
請求項1から5のいずれか一項に記載のデータ処理装置。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載のデータ処理装置から、前記移動体が受けている風に対する前記風情報と前記関係情報とを取得し、前記風情報と前記関係情報とに基づき、前記風が前記加速度に与える影響の大きさがより小さくなるような、前記移動体の前記推進力の大きさと方向とを導出する推進ベクトル導出手段と、
前記移動体の前記推進力の大きさと方向とを、前記推進ベクトル導出手段により導出された前記推進力の大きさと方向とにするための、前記機構に対する制御信号を生成する制御信号生成手段と、
を備える駆動制御装置。 - 前記データ処理装置は、前記関係情報として、前記風の強さと前記移動体が受ける力との関係を表す値を導出する関係推定手段を備え、
前記推進ベクトル導出手段は、前記加速度が最も小さい時点に対応づけられる前記値を用いて、前記推進力の大きさと方向とを導出する、
請求項7に記載の駆動制御装置。 - 推進力を発生させる機構と、移動体が受けている風の少なくとも一方向成分の強さを計測する計測器と、を備える前記移動体の、加速度を取得し、
前記計測器により計測された値から特定される、前記風が吹く方向および前記風の強さを示す風情報を取得し、
前記加速度と、前記推進力の方向および大きさと、に基づき、前記移動体が前記風から受けている外力の大きさを推定し、
前記風の強さと前記推定された外力の大きさとの関係を示す関係情報を生成する、
データ処理方法。 - 推進力を発生させる機構と、移動体が受けている風の少なくとも一方向成分の強さを計測する計測器と、を備える前記移動体の、加速度を取得する加速度取得処理と、
前記計測器により計測された値から特定される、前記風が吹く方向および前記風の強さを示す風情報を取得する風情報取得処理と、
前記加速度と、前記推進力の方向および大きさと、に基づき、前記移動体が前記風から受けている外力の大きさを推定する外力推定処理と、
前記風の強さと前記推定された外力の大きさとの関係を示す関係情報を生成する生成処理と、
をコンピュータに実行させるプログラム。
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