JP7019240B2

JP7019240B2 - Formation flight control method with multiple flying objects

Info

Publication number: JP7019240B2
Application number: JP2017160413A
Authority: JP
Inventors: 功菊池
Original assignee: Kikuchi Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Kikuchi Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2017-08-23
Publication date: 2022-02-15
Anticipated expiration: 2037-08-23
Also published as: JP2019040309A

Description

本発明は、無人で飛行する飛行体、及び複数の無人飛行体を編隊飛行させるための飛行制御方法に関する。 The present invention relates to an unmanned flying object and a flight control method for forming a plurality of unmanned flying objects into formation flight.

無人航空機の一種であるマルチコプタは、垂直軸回りに回転駆動される複数の回転翼を備え、それぞれの回転翼の回転数の制御により、垂直飛行や水平飛行などを行う。また、マルチコプタは、ホバリング飛行能力を有しており、地震、津波、火山などの自然災害や、化学工場爆発、海難事故など、人が容易には近づけない災害現場における空撮など、被災状況の詳細な調査に期待がよせられている。 A type of unmanned aerial vehicle, a multicopter, is equipped with a plurality of rotor blades that are rotationally driven around a vertical axis, and controls the rotation speed of each rotor blade to perform vertical flight, horizontal flight, and the like. In addition, Multicopta has hovering flight capability, and is affected by natural disasters such as earthquakes, tsunamis, and volcanoes, as well as aerial photography at disaster sites that people cannot easily approach, such as chemical factory explosions and marine accidents. Expectations are high for a detailed investigation.

また、このようなマルチコプタの他の利用形態として、例えば屋外でのライブイベントなどで観客の目を楽しませるために、大空に多数のマルチコプタを編隊飛行させることによる空間演出が考えられる。しかし、複数のマルチコプタを個々に遠隔操縦して、統率された編隊飛行を行うには技術的にも限界があり、また複数チャネルによる電波干渉の課題も残されている。 In addition, as another form of use of such a multicopter, for example, in order to entertain the eyes of the audience at an outdoor live event, a space production by flying a large number of multicopters in formation in the sky can be considered. However, there is a technical limit to remotely controlling multiple multicopters individually for commanded formation flight, and there remains the problem of radio wave interference due to multiple channels.

このような無人航空機の編隊飛行に関するものとして、例えば特許文献１には、飛行制御部により、編隊における自律飛行体の配置を定めた隊形情報に基づいて、編隊が避難誘導する隊形となるように自律飛行体のそれぞれを制御する自律飛行制御システムが提案されている。この自律飛行制御システムでは、マスタードローンがサーバからの避難方向を示す隊形情報を受信すると、スレーブドローンに対して移動する指示情報を生成し、各スレーブドローンの飛行制御部がマスタードローンと同様に隊形情報を参照し、自装置の座標位置（マスタードローンとの相対的な位置）に移動して隊形を構成する。これにより、編隊を構成する複数の自律飛行体の制御が可能となっている。 Regarding the formation flight of such an unmanned aircraft, for example, in Patent Document 1, the flight control unit so as to form a formation in which the formation guides evacuation based on the formation information that defines the arrangement of autonomous flying objects in the formation. An autonomous flight control system that controls each of the autonomous aircraft has been proposed. In this autonomous flight control system, when the master drone receives formation information indicating the evacuation direction from the server, it generates instruction information to move to the slave drone, and the flight control unit of each slave drone forms the formation like the master drone. Refer to the information and move to the coordinate position of your device (the position relative to the master drone) to form a formation. This makes it possible to control multiple autonomous flying objects that make up the formation.

特開２０１７－０５６８９９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-0568999

しかし、このような自律飛行制御システムを、例えば上述したライブイベントにおける疑似花火や提灯風船などのような空間演出に適用した場合、それぞれのドローンが隊形情報を元に様々な方向に移動することになる。その結果、場合によっては２機のドローンが交差することもあり得、姿勢が大きく乱れ、制御不能となるおそれがある。また、ドローンの回転翼同士が僅かでも接触すると墜落の危険性が極めて高くなる。 However, when such an autonomous flight control system is applied to space production such as pseudo fireworks and lantern balloons in the above-mentioned live event, each drone will move in various directions based on the formation information. Become. As a result, in some cases, the two drones may intersect, and the attitude may be greatly disturbed, resulting in loss of control. In addition, if the rotor blades of the drone come into contact with each other even slightly, the risk of a crash becomes extremely high.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、屋外でのライブイベント等において複数の飛行体による空間演出を実現するために、複数の飛行体の飛行を統率して編隊飛行を可能にする等の飛行制御技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and in order to realize a space effect by a plurality of flying objects in an outdoor live event or the like, a formation flight is performed by controlling the flight of a plurality of flying objects. The purpose is to provide flight control technology such as enabling.

本発明は、複数の飛行体を編隊飛行させるための飛行制御方法であって、第１の飛行体であるコマンダ機と、複数の第２の飛行体であるプレイヤ機とにより１個の編隊を構成し、前記コマンダ機を遠隔操縦することと、前記コマンダ機からの指令信号に従って前記プレイヤ機を自律飛行させることを含む飛行制御方法である。 The present invention is a flight control method for flying a plurality of flying objects in formation, and one formation is formed by a commander aircraft which is a first flying object and a player aircraft which is a plurality of second flying objects. It is a flight control method including the remote control of the commander aircraft and the autonomous flight of the player aircraft according to a command signal from the commander aircraft.

また、飛行制御方法は、前記プレイヤ機が前記コマンダ機の方向を判定することを更に含むことが好ましい。そして、前記コマンダ機が電波を放射し、前記プレイヤ機が、複数のアンテナで受信する前記電波の受信強度に基づいて前記コマンダ機の方向を判定することが好ましい。 Further, it is preferable that the flight control method further includes determining the direction of the commander aircraft by the player aircraft. Then, it is preferable that the commander machine emits radio waves and the player machine determines the direction of the commander machine based on the reception intensity of the radio waves received by the plurality of antennas.

また、飛行制御方法は、前記各プレイヤ機が、前記コマンダ機に対する自機の相対位置が、隊形情報が示すパート位置となるように自機を飛行制御することで、前記隊形情報に基づく飛行隊形が編成されることが好ましい。 Further, in the flight control method, each player aircraft controls the flight of its own aircraft so that the relative position of its own aircraft with respect to the commander aircraft is the part position indicated by the formation information, so that the flight formation based on the formation information is obtained. Is preferably organized.

また、本発明は、前記飛行制御方法に用いられる飛行体であって、マルチコプタと、該マルチコプタの全体を球状に覆う網状の外枠体とを備える飛行体である。 Further, the present invention is an air vehicle used in the flight control method, which includes a multicopter and a net-like outer frame body that covers the entire multicopter in a spherical shape.

本発明によれば、１機のコマンダ機を遠隔操縦するだけで、それに従う複数のプレイヤ機の編隊飛行を実現することができる。また、コマンダ機からの指令に応じてプレイヤ機に様々な態様の空間演出動作を行うこともできる。 According to the present invention, it is possible to realize formation flight of a plurality of player aircraft according to the remote control of one commander aircraft. In addition, various modes of spatial effect operation can be performed on the player machine in response to a command from the commander machine.

複数機の飛行体により構成される編隊を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the formation composed of a plurality of flying objects. 一実施形態による飛行体の斜視図である。It is a perspective view of the flying object according to one Embodiment. 一実施形態によるマルチコプタの斜視図である。It is a perspective view of the multicopter by one Embodiment. 図３のマルチコプタに備えられる制御ユニットのブロック図である。It is a block diagram of the control unit provided in the multicopter of FIG. 図２の飛行体の構造を説明するための正面図である。It is a front view for demonstrating the structure of the flying object of FIG. 図２の飛行体における受信アンテナの配置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the arrangement of the receiving antenna in the flying object of FIG. コマンダ機の方向を判定する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of determining the direction of a commander machine. 複数の飛行体による飛行隊形の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the flight formation by a plurality of flying objects. 複数の飛行体による空間演出飛行の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the space production flight by a plurality of flying objects. 複数の飛行体による空間演出動作の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the space effect operation by a plurality of flying objects.

以下、本発明に係る好適な一実施形態を説明する。本実施形態では、図１に示すように、１機のリーダ格の無人飛行体（これを「コマンダ機１」と称する。）と、それに従う複数機の無人飛行体（これらを「プレイヤ機２」と称する。）により１個の編隊が組まれる。本実施形態による飛行体は、図２に示すように、マルチコプタ１０と、マルチコプタ１０の全体を球状に覆う外枠体２０とを備えている。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 1, one leader-class unmanned aircraft (referred to as "commander aircraft 1") and a plurality of unmanned aircraft according to the leader (referred to as "commander aircraft 1") (these are "player aircraft 2"). ”) To form one formation. As shown in FIG. 2, the flying object according to the present embodiment includes a multicopter 10 and an outer frame body 20 that spherically covers the entire multicopter 10.

先ず、図３を参照し、マルチコプタ１０の基本的な構成について説明する。マルチコプタ１０は、本体１１と、上昇用の４つのロータユニット１２Ａ～１２Ｄとを備えている。それぞれのロータユニット１２Ａ～１２Ｄは、例えばサーボモータである回転モータ１３と、回転モータ１３の回転シャフトに固定された回転翼１４とを備えている。そして、各回転モータ１３が本体１１から延びるアーム１５の先端部に連結され、これにより、本体１１の右前方、左前方、右後方及び左後方にロータユニット１２Ａ～１２Ｄが配置されている。 First, the basic configuration of the multicopter 10 will be described with reference to FIG. The multicopter 10 includes a main body 11 and four rotor units 12A to 12D for raising. Each of the rotor units 12A to 12D includes, for example, a rotary motor 13 which is a servomotor and a rotary blade 14 fixed to the rotary shaft of the rotary motor 13. Then, each rotary motor 13 is connected to the tip end portion of the arm 15 extending from the main body 11, whereby the rotor units 12A to 12D are arranged on the right front, the left front, the right rear and the left rear of the main body 11.

ここで、隣接するロータユニット１２Ａ、１２Ｂの回転翼１４、１４は、互いに逆方向に回転して揚力得る。同じく隣接するロータユニット１２Ｃ、１２Ｄの回転翼１４、１４も、互いに逆方向に回転して揚力を得る。本体１１の重心に対し対称の位置関係にある例えばロータユニット１２Ａ、１２Ｄの回転翼１４、１４は、同じ方向に回転して揚力を得る。 Here, the rotary blades 14 and 14 of the adjacent rotor units 12A and 12B rotate in opposite directions to obtain lift. Similarly, the rotor blades 14 and 14 of the adjacent rotor units 12C and 12D also rotate in opposite directions to obtain lift. For example, the rotor blades 14 and 14 of the rotor units 12A and 12D, which are in a symmetrical positional relationship with respect to the center of gravity of the main body 11, rotate in the same direction to obtain lift.

本実施形態では、例えばロータユニット１２Ａ、１２Ｄの回転翼１４、１４が時計回り方向（ＣＷ：ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）に回転し、ロータユニット１２Ｂ、１２Ｃの回転翼１４、１４が反時計回り方向（ＣＣＷ：ｃｏｕｎｔｅｒｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）に回転するように駆動される。
なお、ここでの説明では、時計回り方向（ＣＷ）への回転を正転とし、反時計回り方向（ＣＣＷ）への回転を逆転としている。また、本実施形態では、４つのロータユニット（回転翼）を備えるマルチコプタを例に説明するが、例えば回転翼が６つ以上あるマルチコプタを本発明に適用してもよい。 In this embodiment, for example, the rotary blades 14 and 14 of the rotor units 12A and 12D rotate in the clockwise direction (CW: clockwise), and the rotary blades 14 and 14 of the rotor units 12B and 12C rotate in the counterclockwise direction (CCW: counterclockwise). ) Is driven to rotate.
In the description here, the rotation in the clockwise direction (CW) is defined as the normal rotation, and the rotation in the counterclockwise direction (CCW) is defined as the reverse rotation. Further, in the present embodiment, a multicopter including four rotor units (rotor blades) will be described as an example, but for example, a multicopter having six or more rotary blades may be applied to the present invention.

マルチコプタ１０の本体１１内には制御ユニット１６が設けられている。ここで、図４は、制御ユニット１６の概略構成を示すブロック図である。マルチコプタ１０においては、この制御ユニット１６による回転翼１４の回転数制御により、上昇、下降は勿論のこと、ロール軸、ピッチ軸、ヨー軸のそれぞれの軸周りでの姿勢が補正される。 A control unit 16 is provided in the main body 11 of the multicopter 10. Here, FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the control unit 16. In the multicopter 10, the rotation speed control of the rotary blade 14 by the control unit 16 corrects not only the ascent and descent but also the postures of the roll axis, the pitch axis, and the yaw axis around each axis.

上述したように、ロータユニット１２Ａ、１２Ｄの回転翼１４が正転し、ロータユニット１２Ｂ、１２Ｃの回転翼１４が逆転するように駆動される。このように、隣り合う回転翼１４同士が逆方向に回転することで、回転モーメントによる作用、反作用が打ち消され、マルチコプタ１０の姿勢を安定させることができる。また、全ての回転翼１４が同時に回転することで、ジャイロ効果により、上昇姿勢なども安定する。 As described above, the rotary blades 14 of the rotor units 12A and 12D rotate in the normal direction, and the rotary blades 14 of the rotor units 12B and 12C are driven in the reverse direction. By rotating the adjacent rotary blades 14 in the opposite directions in this way, the action and reaction due to the rotational moment are canceled out, and the posture of the multicopter 10 can be stabilized. Further, since all the rotor blades 14 rotate at the same time, the ascending posture and the like are stabilized by the gyro effect.

マルチコプタ１０が上昇制御を行う場合、ロータユニット１２Ａ～１２Ｄの全ての回転翼１４の回転数が予め決められた値（例えばプログラムの指令値）となるように制御される。このとき、本体１１には回転翼１４による揚力が発生し、その揚力が機体の重力を超えると、マルチコプタ１０が上昇する。揚力と機体の重力とをバランスさせることで、ホバリング制御を行うことができる。 When the multicopter 10 performs ascending control, the rotation speeds of all the rotary blades 14 of the rotor units 12A to 12D are controlled to be predetermined values (for example, command values of the program). At this time, lift is generated by the rotary blade 14 in the main body 11, and when the lift exceeds the gravity of the airframe, the multicopter 10 rises. Hovering control can be performed by balancing lift and gravity of the aircraft.

次に、マルチコプタ１０を前進させる場合には、後方側のロータユニット１２Ｃ、１２Ｄの回転数が、前方側のロータユニット１２Ａ、１２Ｂの回転数より高くなるように制御される。これにより、機体が前方に傾き、マルチコプタ１０を前進させることができる。 Next, when the multicopter 10 is advanced, the rotation speeds of the rear rotor units 12C and 12D are controlled to be higher than the rotation speeds of the front rotor units 12A and 12B. As a result, the aircraft can be tilted forward and the multicopter 10 can be advanced.

また、マルチコプタ１０の向きを変える場合、ロータユニット１２Ａ～１２Ｄの回転翼１４の回転数が変えられる。例えば、正転するロータユニット１２Ａ、１２Ｄの回転数が、逆転するロータユニット１２Ｃ、１２Ｂの回転数より高くなるように制御すると、機体の向きを右に旋回させることができる。 Further, when the direction of the multicopter 10 is changed, the rotation speed of the rotary blades 14 of the rotor units 12A to 12D can be changed. For example, if the rotation speeds of the rotor units 12A and 12D that rotate in the forward direction are controlled to be higher than the rotation speeds of the rotor units 12C and 12B that rotate in the reverse direction, the direction of the machine body can be turned to the right.

このようなマルチコプタ１０の飛行制御は、制御ユニット１６のＣＰＵ１７による演算処理部である飛行制御部１７１及び姿勢制御部１７２が制御指令信号をモータ制御部１７３に出力し、モータ制御部１７３がその指令に従いモータ駆動部１６１を制御してロータユニット１２Ａ～１２Ｄの回転を制御することで実現される。 In such flight control of the multicopter 10, the flight control unit 171 and the attitude control unit 172, which are arithmetic processing units by the CPU 17 of the control unit 16, output a control command signal to the motor control unit 173, and the motor control unit 173 gives the command. This is realized by controlling the motor drive unit 161 to control the rotation of the rotor units 12A to 12D.

位置姿勢判定部１７４は、ＧＰＳユニット１８からの位置情報に、対気速度センサ３１、高度センサ（気圧センサ）３２、ジャイロセンサ３３からの検出信号を考慮し、マルチコプタ１０の飛行位置（本明細書で飛行体又はマルチコプタの「位置」とは、緯度経度の他に高度も含む三次元の位置を意味する。）、飛行速度、飛行方向、機体姿勢等を判定する。そして、判定した現在の位置及び姿勢情報がナビゲータ１７０に随時入力される。ナビゲータ１７０がメモリに記憶されている飛行計画情報１６７と、位置姿勢判定部１７４から得た位置姿勢情報とに基づいて飛行制御部１７１及び姿勢制御部１７２を指令制御することで、マルチコプタ１０の自律的飛行が可能となる。 The position / attitude determination unit 174 considers the detection signals from the airspeed sensor 31, the altitude sensor (pressure sensor) 32, and the gyro sensor 33 in the position information from the GPS unit 18, and considers the flight position of the multicopter 10 (the present specification). The "position" of the flying object or multicopter means a three-dimensional position including altitude in addition to latitude and longitude), airspeed, flight direction, aircraft attitude, and the like. Then, the determined current position and posture information is input to the navigator 170 at any time. The navigator 170 commands and controls the flight control unit 171 and the attitude control unit 172 based on the flight plan information 167 stored in the memory and the position / attitude information obtained from the position / attitude determination unit 174 to autonomously control the multicopter 10. Target flight is possible.

また、マルチコプタ１０がラジオコントロール（「ＲＣ」と略称する。）モード、すなわち遠隔操縦によって飛行するときは、ＲＣ解析部１７５が、ＲＣ受信部１９から受信した遠隔操作信号を解析し、その結果がナビゲータ１７０に入力される。そして、ナビゲータ１７０が、解析された遠隔操作情報に基づいて飛行制御部１７１及び姿勢制御部１７２を指令制御することで、マルチコプタ１０の遠隔操縦飛行が行われる。 Further, when the multicopter 10 flies in the radio control (abbreviated as "RC") mode, that is, by remote control, the RC analysis unit 175 analyzes the remote control signal received from the RC reception unit 19, and the result is the result. It is input to the navigator 170. Then, the navigator 170 commands and controls the flight control unit 171 and the attitude control unit 172 based on the analyzed remote control information, so that the multicopter 10 is remotely controlled and flew.

また、ナビゲータ１７０は、メモリに記憶された隊形情報１６８に基づいて、コマンダ機１と自機との相対位置をその隊形に従わせる編隊飛行制御を行うことができる。更に、ナビゲータ１７０は、メモリに記憶された空間演出動作情報１６９に基づいて飛行制御部１７１及び姿勢制御部１７２を指令制御することで、空中で飛行体を様々な態様で動作させる空間演出動作も行うことができる。ここで、制御ユニット１６のメモリには、複数の異なる隊形を示す隊形情報１６８と、複数の異なる空間演出動作を示す空間演出動作情報１６９とが予め記憶されている。これら編隊飛行及び空間演出動作の制御方法については後述する。 Further, the navigator 170 can perform formation flight control so that the relative position between the commander aircraft 1 and the own aircraft follows the formation based on the formation information 168 stored in the memory. Further, the navigator 170 also controls the flight control unit 171 and the attitude control unit 172 based on the space effect operation information 169 stored in the memory to control the space effect operation in various modes in the air. It can be carried out. Here, in the memory of the control unit 16, formation information 168 indicating a plurality of different formations and space effect operation information 169 indicating a plurality of different space effect operations are stored in advance. The control method of these formation flight and space production operation will be described later.

次に、外枠体２０は、細線２１を網状かつ球状に組み上げて形成される。外枠体２０（細線２１）は、可撓性（クッション性）を有する比較的軽量な樹脂で形成される。例えば、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリカーボネート、エポキシ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、フェノール樹脂及びこれらを主成分とした樹脂を用いることができる。また、これらの樹脂を２種以上用いた合成樹脂であってもよい。 Next, the outer frame body 20 is formed by assembling the thin wires 21 into a mesh and a spherical shape. The outer frame body 20 (thin wire 21) is made of a relatively lightweight resin having flexibility (cushioning property). For example, polyurethane, polyethylene, polypropylene, polyester, polyamide, polyvinyl chloride, polyacetal, polycarbonate, epoxy resin, ABS resin, AS resin, phenol resin and resins containing these as main components can be used. Further, it may be a synthetic resin using two or more of these resins.

本体１１の前後左右には、図５に示すように４本の連結部材２２が設けられている。これらの連結部材２２の端部を外枠体２０の内側に固定することで、外枠体２０内にマルチコプタ１０を固定配置することができる。この場合、マルチコプタ１０の重心と、外枠体２０の重心とを一致させて、マルチコプタ１０の飛行中の姿勢を安定させることができる。 As shown in FIG. 5, four connecting members 22 are provided on the front, rear, left, and right sides of the main body 11. By fixing the end portions of these connecting members 22 to the inside of the outer frame body 20, the multicopter 10 can be fixedly arranged in the outer frame body 20. In this case, the center of gravity of the multicopter 10 and the center of gravity of the outer frame body 20 can be aligned to stabilize the attitude of the multicopter 10 during flight.

なお、これら連結部材２２に、ある飛行体（コマンダ機１）が他の飛行体（プレイヤ機２）に電波信号（例えば２．４ＧＨｚ又は５ＧＨｚ等のマイクロ波）を送信するための、無指向性の送信アンテナ２４を取り付けることができる。
It should be noted that the connecting member 22 is omnidirectional for a certain flying object (commander aircraft 1) to transmit a radio signal (for example, microwaves such as 2.4 GHz or 5 GHz) to another flying object ( player aircraft 2). The transmitting antenna 24 of the above can be attached.

また、連結部材２２の素材としては、合成アルミ等の金属や樹脂を採用することができるが、外枠体２０と同様に可撓性のある軽量樹脂を採用することが好ましい。 Further, as the material of the connecting member 22, a metal or resin such as synthetic aluminum can be used, but it is preferable to use a flexible lightweight resin like the outer frame body 20.

外枠体２０内でのマルチコプタ１０の固定配置については、４本の連結部材２２によるものに限定されない。例えば、本体１１の前後の２本の連結部材２２により、外枠体２０内にマルチコプタ１０を固定してもよいし、本体１１の左右の２本の連結部材２２により、外枠体２０内にマルチコプタ１０を固定してもよい。 The fixed arrangement of the multicopter 10 in the outer frame 20 is not limited to that of the four connecting members 22. For example, the multicopter 10 may be fixed in the outer frame body 20 by the two connecting members 22 before and after the main body 11, or in the outer frame body 20 by the two connecting members 22 on the left and right sides of the main body 11. The multicopter 10 may be fixed.

このように、本実施形態の飛行体（コマンダ機１、プレイヤ機２）においては、外枠体２０を網状体としたことで、内部に配置されるマルチコプタ１０と外気とが遮断されない。そのため、マルチコプタ１０の回転翼制御による、上昇、下降、進行、旋回及びホバリングなどの通常の飛行が可能となっている。また、外枠体２０を可撓性のある球状体としたことで、飛行体が接触する場面が生じても、外枠体２０同士の接触面積を小さくでき、かつ、マルチコプタ１０の回転翼同士の接触を防ぐことができる。また万が一、飛行体が墜落した場合でも、可撓性のある外枠体２０が地面との衝撃を和らげるため、マルチコプタ１０の本体１１や回転翼１４の破壊を防ぐことができる。 As described above, in the flying object (commander machine 1, player machine 2) of the present embodiment, the outer frame body 20 is made into a mesh body, so that the multicopter 10 arranged inside and the outside air are not blocked. Therefore, normal flight such as ascending, descending, advancing, turning and hovering is possible by controlling the rotor blades of the multicopter 10. Further, by making the outer frame body 20 a flexible spherical body, the contact area between the outer frame bodies 20 can be reduced even if the flying objects come into contact with each other, and the rotary blades of the multicopter 10 can be reduced to each other. Contact can be prevented. Further, even if the flying object should crash, the flexible outer frame 20 softens the impact with the ground, so that the main body 11 and the rotary blade 14 of the multicopter 10 can be prevented from being destroyed.

また、外枠体２０には、図２に示したように、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）などの発光素子２３が複数配置されている。発光素子２３を、例えば細線２１の交点に取り付けてもよいし、細線２１の線上に取り付けてもよい。発光素子２３の配置態様やその個数は、任意に設定することができる。また、発光素子２３は、青、緑、赤のいずれかの単色のものであってもよいし、青、緑、赤の全てをパッケージ化した多色のものであってもよい。多色の発光素子２３を採用した場合、それぞれの発光輝度を制御することで、様々な発光色を放つことができる。 Further, as shown in FIG. 2, a plurality of light emitting elements 23 such as LEDs (Light Emitting Diodes) are arranged on the outer frame body 20. The light emitting element 23 may be attached to, for example, the intersection of the thin wires 21 or may be attached on the wires of the thin wires 21. The arrangement mode of the light emitting elements 23 and the number thereof can be arbitrarily set. Further, the light emitting element 23 may be a single color of any one of blue, green, and red, or may be a multicolored one in which all of blue, green, and red are packaged. When the multicolor light emitting element 23 is adopted, various light emitting colors can be emitted by controlling the light emitting brightness of each.

更に図６に示すように、外枠体２０には、他の飛行体（例えばコマンダ機１）が発信するマイクロ波を受信するための受信アンテナ２５が取り付けられている。受信アンテナ２５は、例えば図６の破線で示す仮想正四面体の頂点に対応する位置に４個設けられることが好ましい。ただし、受信アンテナ２５は、４個に限られるものではなく、３個又は５個以上取り付けられてもよい。 Further, as shown in FIG. 6, a receiving antenna 25 for receiving microwaves transmitted by another flying object (for example, the commander aircraft 1) is attached to the outer frame body 20. For example, it is preferable that four receiving antennas 25 are provided at positions corresponding to the vertices of the virtual regular tetrahedron shown by the broken line in FIG. However, the number of receiving antennas 25 is not limited to four, and three or five or more may be attached.

それぞれの受信アンテナ２５ａ～２５ｄは、小型パラボラ又は誘電体レンズ等による指向性を有し、電波の受信感度ピークが、外枠体２０の球状面に対し直交する方向となるように設置されている。これにより、少なくとも３個の受信アンテナが受信する電波強度を比較することで、マイクロ波の発信源である飛行体（コマンダ機１）の方向を判定できる。 Each of the receiving antennas 25a to 25d has directivity due to a small parabola, a dielectric lens, or the like, and is installed so that the reception sensitivity peak of the radio wave is in a direction orthogonal to the spherical surface of the outer frame body 20. .. Thereby, by comparing the radio wave intensities received by at least three receiving antennas, the direction of the flying object (commander machine 1) which is the source of the microwave can be determined.

例えば、図７に示すように、受信アンテナ２５ａ～２５ｄが正四面体の頂点に位置する場合、各面の法線は正四面体の中心、つまりマルチコプタ１０の機体中心から４方向均等に放射状に延びる。もし、３個の例えば受信アンテナ２５ａ～２５ｃで受信される電波強度Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃが同じであれば、これらアンテナを頂点とする三角形面の法線Ｎ１の延長先に電波の発信源（コマンダ機１）があると判定できる。３個の受信アンテナ２５ａ～２５ｃで受信される電波強度Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃに差がある場合には、それぞれのアンテナが受信する電波信号強度の比に応じた角度だけ法線Ｎ１からずれた方向に、電波の発信源（コマンダ機１）があると判定できる。 For example, as shown in FIG. 7, when the receiving antennas 25a to 25d are located at the vertices of the regular tetrahedron, the normals of each surface are radially evenly in four directions from the center of the regular tetrahedron, that is, the center of the multicopter 10. Extend. If the radio wave intensities Pa, Pb, and Pc received by the three receiving antennas 25a to 25c are the same, the source of the radio wave (commander) is extended to the normal line N1 of the triangular surface having these antennas as the vertices. It can be determined that there is a machine 1). When there is a difference in the radio wave intensities Pa, Pb, and Pc received by the three receiving antennas 25a to 25c, the direction deviated from the normal N1 by an angle corresponding to the ratio of the radio wave signal intensities received by each antenna. It can be determined that there is a radio wave transmission source (commander machine 1).

次に、複数の飛行体を用いて編隊飛行及び空間演出を行う方法を説明する。図１に示したように、本実施形態によれば、遠隔操縦される１機のコマンダ機１と、コマンダ機１からの指令により自律飛行する複数機のプレイヤ機２とにより１個の編隊が構成される。 Next, a method of performing formation flight and space production using a plurality of flying objects will be described. As shown in FIG. 1, according to the present embodiment, one formation consists of one commander aircraft 1 that is remotely controlled and a plurality of player aircraft 2 that autonomously fly according to a command from the commander aircraft 1. It is composed.

先ず、地上の制御室からコマンダ機１をラジコンの遠隔操縦により離陸させ、所定の高さまで上昇させる。コマンダ機１及びプレイヤ機２には、予め初期の隊形情報１６８が設定されている。また、コマンダ機１と各プレイヤ機２には、それぞれの隊形情報１６８が示す隊形のパート位置を示すパートＩＤが割り当てられている。 First, the commander aircraft 1 is taken off from the control room on the ground by remote control of the radio control, and is raised to a predetermined height. Initial formation information 168 is set in advance in the commander machine 1 and the player machine 2. Further, the commander machine 1 and each player machine 2 are assigned a part ID indicating the part position of the formation indicated by the formation information 168.

コマンダ機１からは、コマンダ機１の位置情報（緯度、経度、高度情報を含む）が、随時、各プレイヤ機２に送信される。具体的には、コマンダ機１の位置情報は、コマンダ機１の信号変換部１７８によりコマンダ機位置信号に変換される。そして、変調部１６４が、マイクロ波周波数帯（例えば２．４ＧＨｚ又は５ＧＨｚ）のキャリア信号にコマンダ機位置信号を周波数変調して、変調マイクロ波信号をトランスミッタ３４に出力する。コマンダ機１のトランスミッタ３４は、変調マイクロ波信号を増幅し、送信アンテナ２４からマイクロ波を周囲のプレイヤ機２に放射する。 From the commander machine 1, the position information (including latitude, longitude, and altitude information) of the commander machine 1 is transmitted to each player machine 2 at any time. Specifically, the position information of the commander machine 1 is converted into a commander machine position signal by the signal conversion unit 178 of the commander machine 1. Then, the modulation unit 164 frequency-modulates the commander position signal to the carrier signal in the microwave frequency band (for example, 2.4 GHz or 5 GHz), and outputs the modulated microwave signal to the transmitter 34. The transmitter 34 of the commander machine 1 amplifies the modulated microwave signal and radiates the microwave from the transmitting antenna 24 to the surrounding player machine 2.

各プレイヤ機２は、コマンダ機１からのマイクロ波を受信アンテナ２５で受信する。プレイヤ機２が受信したマイクロ波信号は、レシーバ３５を経て、電波強度検出部１６２により各受信アンテナ２５ａ～２５ｄにおける受信電波強度が判定される、そして、コマンダ機方向判定部１７６は、図７を用いて説明した方法で、コマンダ機１の方向を判定する。 Each player machine 2 receives the microwave from the commander machine 1 by the receiving antenna 25. The microwave signal received by the player machine 2 passes through the receiver 35, and the radio wave intensity detection unit 162 determines the received radio wave intensity at each of the receiving antennas 25a to 25d, and the commander machine direction determination unit 176 determines FIG. 7. The direction of the commander machine 1 is determined by the method described using.

また、各プレイヤ機２は、受信したマイクロ波信号を復調部１６３が復調し、信号解析部１７７が復調されたコマンダ機位置信号からコマンダ機１の位置情報を抽出する。抽出されたコマンダ機１の位置情報は、各プレイヤ機２のナビゲータ１７０に出力される。 Further, in each player machine 2, the demodulation unit 163 demodulates the received microwave signal, and the signal analysis unit 177 extracts the position information of the commander machine 1 from the demodulated commander machine position signal. The extracted position information of the commander machine 1 is output to the navigator 170 of each player machine 2.

また、各プレイヤ機２の位置姿勢判定部１７４は、自機の位置を随時判定し、ナビゲータ１７０に出力する。各プレイヤ機２のナビゲータ１７０は、設定されている隊形情報１６８を参照し、コマンダ機１に対する自機の相対位置が、隊形情報１６８において自機に割り当てられたパートＩＤの位置に一致させるようにして自機を飛行制御する。 Further, the position / orientation determination unit 174 of each player machine 2 determines the position of the own machine at any time and outputs the position to the navigator 170. The navigator 170 of each player machine 2 refers to the set formation information 168 so that the relative position of the own machine with respect to the commander machine 1 matches the position of the part ID assigned to the own machine in the formation information 168. Control the flight of your aircraft.

これにより、遠隔操縦されるコマンダ機１に追従して、他のプレイヤ機２、２、・・・が、隊形情報１６８で示される自己のパートの相対位置を維持しながら自律飛行する。このようにして、隊形情報１６８に基づき、例えば図８に示すＶ字状に整列するような統率された飛行隊形で、複数の飛行体を編隊飛行させることができる。 As a result, following the remotely controlled commander aircraft 1, the other player aircraft 2, 2, ... Will fly autonomously while maintaining the relative position of their own part indicated by the formation information 168. In this way, based on the formation information 168, a plurality of flying objects can be made to fly in formation in a commanded flight formation such as those arranged in a V shape shown in FIG.

なお、地上の制御室からコマンド機１に送信するラジコンの遠隔操作信号に、隊形情報１６８の設定情報を含ませることができる。この場合、コマンド機１が隊形情報１６８の設定情報を地上から受信すると、その情報がマイクロ波でコマンド機１から各プレイヤ機２に送信される。これにより、例えば飛行中又は空中でホバリング中の飛行体の隊形を、地上からの遠隔操作で変更することができる。また、コマンド機１がメモリに記憶された飛行計画情報１６７に基づいて各プレイヤ機２に隊形情報１６８の設定情報を送信し、隊形を変更してもよい。 The setting information of the formation information 168 can be included in the remote control signal of the radio control transmitted from the control room on the ground to the command machine 1. In this case, when the command machine 1 receives the setting information of the formation information 168 from the ground, the information is transmitted from the command machine 1 to each player machine 2 by microwave. Thereby, for example, the formation of an air vehicle hovering in flight or in the air can be changed by remote control from the ground. Further, the command machine 1 may change the formation by transmitting the setting information of the formation information 168 to each player machine 2 based on the flight plan information 167 stored in the memory.

本実施形態では、上述したように各プレイヤ機２が、マイクロ波の受信強度に基づいて、コマンド機１の方向を判定するコマンダ機方向判定部１７６を備えている。そのため、例えばコマンド機１が各プレイヤ機２に「拡散」指令をマイクロ波で送信すると、各プレイヤ機２がその指令に従い、例えば図９に示すようにコマンド機１から離れる方向に一斉に拡散又は放射するような空間演出飛行を行うことができる。このとき、各プレイヤ機２の発光制御部１７９が、メモリに記憶された発光演出パターン情報１６５に基づき発光素子駆動部１６６を駆動して、自機の外枠体２０に配置した発光素子２３を点灯若しくは点滅又は発光色を変更することで、例えば疑似花火のような空間演出を行うことができる。 In the present embodiment, as described above, each player machine 2 includes a commander machine direction determination unit 176 that determines the direction of the command machine 1 based on the reception intensity of the microwave. Therefore, for example, when the command machine 1 transmits a "diffusion" command to each player machine 2 by microwave, each player machine 2 follows the command and spreads all at once in a direction away from the command machine 1, for example, as shown in FIG. It is possible to perform a space-directed flight that radiates. At this time, the light emitting control unit 179 of each player machine 2 drives the light emitting element driving unit 166 based on the light emitting effect pattern information 165 stored in the memory, and the light emitting element 23 arranged in the outer frame body 20 of the own machine is used. By lighting or blinking or changing the emission color, it is possible to create a space such as pseudo-fireworks.

また、コマンド機１が各プレイヤ機２に「集合」指令を送信して、各プレイヤ機２をコマンド機１に向けて飛行させ、隊形を再編成することもできる。 It is also possible for the command machine 1 to send a "set" command to each player machine 2 to make each player machine 2 fly toward the command machine 1 and reorganize the formation.

また、本実施形態では、各プレイヤ機２が、地上からの遠隔操縦によらない自律飛行機能を備えている。そのため、例えば図１０に示す各プレイヤ機２が空中に拡散した位置で、メモリに記憶された空間演出動作情報１６９に基づいて、例えば上下移動を繰り返したり、左右に揺れたりするような空間演出動作を行うこともできる。また、各プレイヤ機２が、空間演出動作に伴い、発光演出パターン情報１６５に基づいて、外枠体２０の発光素子２３を点灯若しくは点滅又は発光色を変更してもよい。これにより、提灯風船のような、空中で複数の光る飛行体を様々な態様で動作させる空間演出を行うことができる。 Further, in the present embodiment, each player machine 2 has an autonomous flight function that does not depend on remote control from the ground. Therefore, for example, at the position where each player machine 2 shown in FIG. 10 is diffused in the air, for example, a space effect operation such as repeating vertical movement or swinging left and right based on the space effect operation information 169 stored in the memory. Can also be done. Further, each player machine 2 may turn on or blink the light emitting element 23 of the outer frame body 20 or change the light emitting color based on the light emitting effect pattern information 165 in accordance with the space effect operation. This makes it possible to create a space in which a plurality of glowing flying objects such as lantern balloons are operated in various modes.

なお、空間演出動作情報１６９及び／又は発光演出パターン情報１６５の選択情報を、地上からコマンダ機１を介して各プレイヤ機２に送信してもよいし、コマンド機１がメモリに記憶された飛行計画情報１６７に基づいて各プレイヤ機２に選択情報を送信することで、編隊全体の空間演出内容を変更してもよい。 The selection information of the space effect operation information 169 and / or the light emission pattern information 165 may be transmitted from the ground to each player machine 2 via the commander machine 1, or the command machine 1 may fly stored in the memory. By transmitting selection information to each player machine 2 based on the plan information 167, the space effect content of the entire formation may be changed.

１コマンダ機（第１の飛行体）
２プレイヤ機（第２の飛行体）
１０マルチコプタ
１１本体
１２Ａ～１２Ｄロータユニット
１３回転モータ
１４回転翼
１５アーム
１６制御ユニット
１７ＣＰＵ
２０外枠体
２１細線
２２連結部材
２３発光素子
２４送信アンテナ
２５、２５ａ～２５ｄ受信アンテナ
１６１モータ駆動部
１６２電波強度検出部
１６３復調部
１６４変調部
１６５発光演出パターン情報
１６６発光素子駆動部
１６７飛行計画情報
１６８隊形情報
１６９空間演出動作情報
１７０ナビゲータ
１７１飛行制御部
１７２姿勢制御部
１７３モータ制御部
１７４位置姿勢判定部
１７５ＲＣ解析部
１７６コマンダ機方向判定部
１７７信号解析部
１７８信号変換部
１７９発光制御部
1 Commander aircraft (first flying object)
2 Player machine (second flying object)
10 Multicopter 11 Main body 12A-12D Rotor unit 13 Rotor motor 14 Rotor blade 15 Arm 16 Control unit 17 CPU
20 Outer frame 21 Fine wire 22 Connecting member 23 Light emitting element 24 Transmitting antenna 25, 25a to 25d Receiving antenna 161 Motor drive unit 162 Radio strength detection unit 163 Demodulation unit 164 Modulation unit 165 Light emission effect pattern information 166 Light emitting element drive unit 167 Flight plan Information 168 Formation information 169 Spatial effect operation information 170 Navigator 171 Flight control unit 172 Attitude control unit 173 Motor control unit 174 Position / attitude determination unit 175 RC analysis unit 176 Commander machine direction determination unit 177 Signal analysis unit 178 Signal conversion unit 179 Light emission control unit

Claims

It is a flight control method for forming multiple flying objects, and here,
Each of the flying objects includes a multicopter and a net-like outer frame body that covers the entire multicopter in a spherical shape.
A formation consisting of a commander aircraft, which is the first flying object, and a player aircraft, which is a plurality of second flying objects, is formed.
The commander machine is provided with a transmission antenna for transmitting a radio wave signal to each player machine.
On the outer frame of each player machine, a plurality of directional receiving antennas for receiving radio wave signals transmitted from the commander machine are evenly arranged in a three-dimensional direction around the multicopter machine. Has been
Remote control of the commander aircraft and
The commander machine transmits a radio signal including the position information and formation command information of the own machine to each player machine via the transmission antenna.
Each player machine determines the direction of the commander machine based on the comparison of the reception intensities of the radio wave signals received by the reception antennas.
Each player aircraft autonomously flies according to the determined direction of the commander aircraft and the formation command information received from the commander aircraft.
Flight control methods including.