JP7060158B2 - Control systems, control devices, objects to be controlled, control methods, and control programs - Google Patents
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Description
本発明は、制御システム、制御装置、制御対象物、制御方法、及び制御プログラムに関する。 The present invention relates to a control system, a control device, a controlled object, a control method, and a control program.
移動体を自律的に動的制御するためには、その位置と姿勢とを高精度かつ同時に導出することが要求される。その結果、動的制御には、GPS(全地球測位システム)及びINS(慣性航法装置)に基づく誘導航法手法(「GPS/INS航法」とも称する)が一般に広く適用されるようになった。
このような動的制御に関して、例えば、特許文献1-5に記載の技術が知られている。In order to autonomously and dynamically control a moving body, it is required to derive its position and posture with high accuracy and at the same time. As a result, guided navigation methods (also referred to as "GPS / INS navigation") based on GPS (Global Positioning System) and INS (Inertial Navigation System) have become widely applied to dynamic control.
Regarding such dynamic control, for example, the technique described in Patent Document 1-5 is known.
しかしながら、特許文献1-5に記載の技術では、制御対象物の位置或いは姿勢の精度が十分でない場合があった。その場合、特許文献1-5に記載の技術では、制御対象物を、精度良く動作させることができないことがあった。 However, in the technique described in Patent Document 1-5, the accuracy of the position or posture of the controlled object may not be sufficient. In that case, the technique described in Patent Document 1-5 may not be able to operate the controlled object with high accuracy.
そこでこの発明は、制御対象物を精度良く動作させることができる制御システム、制御装置、制御対象物、制御方法、及び制御プログラムを提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a control system, a control device, a controlled object, a control method, and a control program capable of operating the controlled object with high accuracy.
本発明は、上述の課題を解決すべくなされたものである。上記目的を達成するために、本発明の一態様の制御システムは、制御対象物に搭載されたセンサによって測定された測定位置情報であって前記制御対象物の第1基準位置と面との位置関係を示す測定位置情報を取得する測定情報取得部と、前記制御対象物の外部座標であって前記制御対象物の第2基準位置を示す外部位置情報を取得する座標情報取得部と、複数の前記第1基準位置と前記第2基準位置との位置関係を示す基準相対位置情報を取得する基準位置取得部と、前記測定位置情報、前記外部位置情報及び基準相対位置情報に基づいて前記制御対象物の動作を決定する制御部とを備える。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. In order to achieve the above object, the control system of one aspect of the present invention is the measurement position information measured by the sensor mounted on the controlled object, and is the position between the first reference position and the surface of the controlled object. A plurality of measurement information acquisition units that acquire measurement position information indicating a relationship, and a coordinate information acquisition unit that acquires external position information that is external coordinates of the control object and indicates a second reference position of the control object. The control target is based on the reference position acquisition unit that acquires the reference relative position information indicating the positional relationship between the first reference position and the second reference position, the measurement position information, the external position information, and the reference relative position information. It is equipped with a control unit that determines the operation of an object.
また本発明の一態様の制御装置は、制御対象物に搭載されたセンサによって測定された測定位置情報であって前記制御対象物の第1基準位置と面との位置関係を示す測定位置情報を取得する測定情報取得部と、前記制御対象物の外部座標であって前記制御対象物の第2基準位置を示す外部位置情報を取得する座標情報取得部と、複数の前記第1基準位置と前記第2基準位置との位置関係を示す基準相対位置情報を取得する基準位置取得部と、前記測定位置情報、前記外部位置情報及び基準相対位置情報に基づいて前記制御対象物の動作を決定する制御部とを備える。 Further, the control device according to one aspect of the present invention provides measurement position information measured by a sensor mounted on the controlled object and indicates a positional relationship between a first reference position and a surface of the controlled object. A measurement information acquisition unit to be acquired, a coordinate information acquisition unit that acquires external position information indicating the second reference position of the control object, which is the external coordinates of the control object, and a plurality of the first reference positions and the said. A reference position acquisition unit that acquires reference relative position information indicating a positional relationship with a second reference position, and a control that determines the operation of the control object based on the measurement position information, the external position information, and the reference relative position information. It has a part.
また本発明の一態様の制御対象物は、動作を制御するアクチュエータと、上記の制御装置の制御部が決定した制御対象物の前記動作を示す動作情報と前記アクチュエータから出力された出力信号とに基づいて前記アクチュエータに対する制御信号を生成する制御モジュールとを備える。 Further, the controlled object of one aspect of the present invention includes an actuator for controlling the operation, operation information indicating the operation of the controlled object determined by the control unit of the control device, and an output signal output from the actuator. It includes a control module that generates a control signal for the actuator based on the above.
また本発明の一態様の制御方法は、制御装置における方法であって、測定情報取得部が制御対象物に搭載されたセンサによって測定された測定位置情報であって前記制御対象物の第1基準位置と面との位置関係を示す測定位置情報を取得し、座標情報取得部が前記制御対象物の外部座標であって前記制御対象物の第2基準位置を示す外部位置情報を取得し、基準位置取得部が複数の前記第1基準位置と前記第2基準位置との位置関係を示す基準相対位置情報を取得し、制御部が前記測定位置情報、前記外部位置情報及び基準相対位置情報に基づいて前記制御対象物の動作を決定する。 Further, the control method of one aspect of the present invention is a method in a control device, which is measurement position information measured by a sensor mounted on a control object by a measurement information acquisition unit, and is a first reference of the control object. The measurement position information indicating the positional relationship between the position and the surface is acquired, and the coordinate information acquisition unit acquires the external position information indicating the second reference position of the control object, which is the external coordinates of the control object, and is the reference. The position acquisition unit acquires reference relative position information indicating the positional relationship between the plurality of first reference positions and the second reference position, and the control unit is based on the measurement position information, the external position information, and the reference relative position information. To determine the operation of the controlled object.
また本発明の一態様の記録媒体は、コンピュータを、制御対象物に搭載されたセンサによって測定された測定位置情報であって前記制御対象物の第1基準位置と面との位置関係を示す測定位置情報を取得する測定情報取得手段、前記制御対象物の外部座標であって前記制御対象物の第2基準位置を示す外部位置情報を取得する座標情報取得手段、複数の前記第1基準位置と前記第2基準位置との位置関係を示す基準相対位置情報を取得する基準位置取得手段、前記測定位置情報、前記外部位置情報及び基準相対位置情報に基づいて前記制御対象物の動作を決定する制御手段、として機能させるための制御プログラムを記録する。 Further, the recording medium of one aspect of the present invention is a measurement of a computer, which is measurement position information measured by a sensor mounted on a controlled object and indicates a positional relationship between a first reference position and a surface of the controlled object. Measurement information acquisition means for acquiring position information, coordinate information acquisition means for acquiring external position information indicating the second reference position of the control object, which is the external coordinates of the control object, and a plurality of the first reference positions. Control for determining the operation of the controlled object based on the reference position acquisition means for acquiring the reference relative position information indicating the positional relationship with the second reference position, the measurement position information, the external position information, and the reference relative position information. Record a control program to function as a means.
本発明による制御システムには、測位等の外部位置情報だけを用いる場合と比較して、制御対象物を精度良く動作させることができるという効果がある。 The control system according to the present invention has an effect that the controlled object can be operated with high accuracy as compared with the case where only external position information such as positioning is used.
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態について詳しく説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<制御システム>
図1は、本実施形態に係る制御システムSysを示す概要図である。
この図において、制御システムSysは、飛行体M(「制御対象物」及び「制御装置」の一例)、トータルステーションTS(「測量装置」の一例)を具備する。<Control system>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a control system Sys according to the present embodiment.
In this figure, the control system Sys includes a flying object M (an example of a “controlled object” and a “control device”) and a total station TS (an example of a “surveying device”).
飛行体Mは、航空機など有人飛行体又はドローンなどの無人の大型飛行体である。飛行体Mは、4つのプロペラ8-1~8-4(「制御機構」の一例)を有している。各プロペラ8-1~8-4は、回転翼(ブレード)とモーター(ローター)を含んで構成される。飛行体Mは、各モーターの回転数を制御することで、離陸、着地、移動及び姿勢の制御が可能となる。なお、移動の制御には、離陸、移動の方向、移動の速さ、空中での静止(ホバリング)、着地、又は、荷物の積み降ろし等の制御等が含まれる。
プロペラ8-1~8-4には、それぞれ、ライダー2-1~2-4(「センサ」の一例。各々を総称して「ライダー2」とも称する)が取り付けられている。ライダー2は、光を用いたリモートセンシング機器であり、検出と測距(Light Detection and Ranging)又はレーザー画像検出と測距(Laser Imaging Detection and Ranging)を行う。The aircraft M is a manned aircraft such as an aircraft or an unmanned large aircraft such as a drone. The aircraft M has four propellers 8-1 to 8-4 (an example of a "control mechanism"). Each propeller 8-1 to 8-4 includes a rotary blade (blade) and a motor (rotor). By controlling the rotation speed of each motor, the flying object M can control takeoff, landing, movement, and attitude. The movement control includes control of takeoff, movement direction, movement speed, stationary in the air (hovering), landing, loading and unloading of cargo, and the like.
Riders 2-1 to 2-4 (an example of a "sensor"; collectively referred to as "
ライダー2には、筐体の下側にレーザーを照射する照射口が下方に向けて設けられる。レイダー2には、また、照射口から照射されたレーザーの測定対象Gからの反射光を受光する受光口が下方に向けて設けられる。下方とは、プロペラ8の上昇方向の逆方向、飛行時の地表の方向、又は鉛直下方向である。下側とは、これらの下方向の側である。各ライダー2は、各ライダー2の位置(「第1基準位置」の一例)と、レーザーを反射する測定対象G(例えば地表Gであり「面」の一例)との距離(「位置関係」の一例)を測定する。
The
トータルステーションTSは、飛行体Mや障害物、地表等、物の位置を測量する測量装置である。例えば、トータルステーションTSは、撮像した画像から画像解析によって、飛行体Mを認識し、飛行体Mの位置や姿勢を検出する。ここで、トータルステーションTSは、グローバル座標X、Y、Zを有する座標系TSC(「外部座標」の一例)において、飛行体Mの重心座標(「外部位置情報」の一例)を検出する。重心座標とは、重心(「第2基準位置」の一例)の位置の座標である。ただし、重心座標は、認識した飛行体Mの筐体の中心座標であってもよいし、予め定めた位置であってもよい。
トータルステーションTSは、検出した飛行体Mの重心座標、姿勢、及び、飛行体Mの状態を示す測量情報を、飛行体Mへ送信する。トータルステーションTSは、直接、飛行体Mへ測量情報を送信する。ただし、本発明はこれに限らず、トータルステーションTS及び飛行体Mと直接通信可能な機器を介して、飛行体Mへ測量情報を送信してもよい。The total station TS is a surveying device that measures the position of an object such as a flying object M, an obstacle, or the surface of the earth. For example, the total station TS recognizes the flying object M by image analysis from the captured image, and detects the position and attitude of the flying object M. Here, the total station TS detects the coordinates of the center of gravity of the flying object M (an example of "external position information") in the coordinate system TSC (an example of "external coordinates") having global coordinates X, Y, and Z. The center of gravity coordinates are the coordinates of the position of the center of gravity (an example of the "second reference position"). However, the coordinates of the center of gravity may be the coordinates of the center of the housing of the recognized flying object M, or may be a predetermined position.
The total station TS transmits the detected center of gravity coordinates of the flying object M, the attitude, and the survey information indicating the state of the flying object M to the flying object M. The total station TS directly transmits the survey information to the aircraft M. However, the present invention is not limited to this, and survey information may be transmitted to the flying object M via a device capable of directly communicating with the total station TS and the flying object M.
<補償処理>
図2は、本実施形態に係る飛行体Mの位置及び姿勢の補償処理を説明する説明図である。
この図2では、説明の簡便のため、2次元座標を用いて説明する。この図2は、飛行体Mが、図1のY軸方向に真っすぐ向き、かつ、Y軸を回転軸とした回転をしていない姿勢である場合の説明図である。飛行体MがY軸方向に真っすぐ向くとは、ライダー2-1と2-3とを結ぶ直線が、Y軸に沿うということである。<Compensation processing>
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating compensation processing for the position and attitude of the flying object M according to the present embodiment.
In FIG. 2, for the sake of simplicity of explanation, two-dimensional coordinates will be used for explanation. FIG. 2 is an explanatory diagram in the case where the flying object M is oriented straight in the Y-axis direction of FIG. 1 and is not rotating with the Y-axis as the rotation axis. The fact that the flying object M faces straight in the Y-axis direction means that the straight line connecting the riders 2-1 and 2-3 is along the Y-axis.
図2の内部座標表示部分F21は、飛行体Mが記憶する基準相対位置情報、及び、ライダー2によって測定された測定情報を表している。
基準相対位置情報は、飛行体Mの重心位置と各ライダー2の位置との位置関係を示す。測定情報は、各ライダー2の位置と地表Gとの距離を示す。The internal coordinate display portion F21 in FIG. 2 represents the reference relative position information stored in the flying object M and the measurement information measured by the
The reference relative position information indicates the positional relationship between the position of the center of gravity of the flying object M and the position of each
具体的には、基準相対位置情報は、飛行体Mの重心位置を原点とし、飛行体Mの縦方向をy’軸方向、横(幅)方向をx’軸方向、高さ方向をz’軸方向とするローカル座標x’、y’、z’(「内部座標」とも称する)で表される。例えば、ライダー2-1、2-2、2-3、2-4の内部座標は、それぞれ、(a、-b、c)、(-a、-b、c)、(a、b、c)、(-a、b、c)である(a、b、cは、それぞれ定数)。図2の内部座標表示部分F21には、内部座標のうち、y’、z’が示されている。点p11、p13は、それぞれ、ライダー2-1、2-3の内部座標である。点g1は、重心位置の座標であり、原点である。
距離D1は、ライダー2-1によって測定され、ライダー2-1の位置と地表Gの距離を示す。距離D2は、ライダー2-2によって測定され、ライダー2-2の位置と地表Gの距離を示す。Specifically, the reference relative position information has the position of the center of gravity of the flying object M as the origin, the vertical direction of the flying object M is the y'axis direction, the horizontal (width) direction is the x'axis direction, and the height direction is z'. It is represented by local coordinates x', y', z'(also referred to as "internal coordinates") in the axial direction. For example, the internal coordinates of the riders 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 are (a, -b, c), (-a, -b, c), (a, b, c, respectively. ), (-A, b, c) (a, b, c are constants, respectively). Of the internal coordinates, y'and z'are shown in the internal coordinate display portion F21 of FIG. 2. The points p11 and p13 are the internal coordinates of the riders 2-1 and 2-3, respectively. The point g1 is the coordinate of the position of the center of gravity and is the origin.
The distance D1 is measured by the rider 2-1 and indicates the distance between the position of the rider 2-1 and the ground surface G. The distance D2 is measured by the rider 2-2 and indicates the distance between the position of the rider 2-2 and the ground surface G.
図2の外部座標表示部分F22は、測量情報(「外部位置情報」の一例)が入力された場合に、飛行体Mの重心座標及び姿勢を補償する補償処理の内容を表す。この図2の外部座標表示部分F22は、測量情報として外部座標での重心座標である測量重心座標(G1、G2、G3)が入力された場合の補償処理の内容を表している。 The external coordinate display portion F22 in FIG. 2 represents the content of compensation processing for compensating for the coordinates of the center of gravity and the attitude of the flying object M when survey information (an example of “external position information”) is input. The external coordinate display portion F22 of FIG. 2 represents the content of compensation processing when the survey center of gravity coordinates (G1, G2, G3), which are the coordinates of the center of gravity in the external coordinates, are input as the survey information.
図2の外部座標表示部分F22においては、各位置が図1の外部座標(グローバル座標X、Y、Z)で表される。点P21、P23は、それぞれ、外部座標でのライダー2-1、2-3の位置を表す座標(「搭載位置座標」とも称する)である。搭載位置座標P21、P23は、それぞれ、Z軸の値が距離D1、D3であり、搭載位置座標の距離は2bなので、一意に定まる。
搭載位置座標P21、P23を含む面SF2(外部座標表示部分F22では線)と水平面SF1(Z=一定)の成す角θが、実際の水平面からの傾き角である。また、搭載位置座標P21、P23と基準相対位置情報から、推定される推定重心位置である推定重心座標(Yg、Zg)が一意に定まる。推定重心座標(Yg、Zg)から測量重心座標(G2、G3)を差し引いた値が、重心位置の座標のずれDiffとなる。
このように、飛行体Mは、ライダー2が測定した測定情報によって、トータルステーションTSが検出した測量情報について、その測量重心座標(G2、G3)からのずれDiff、及び、水平姿勢からのずれ(傾き角θ)を算出することができる。これにより、飛行体Mは、これらのずれを補償することができる。In the external coordinate display portion F22 of FIG. 2, each position is represented by the external coordinates (global coordinates X, Y, Z) of FIG. The points P21 and P23 are coordinates (also referred to as "mounting position coordinates") representing the positions of the riders 2-1 and 2-3 in external coordinates, respectively. The mounting position coordinates P21 and P23 are uniquely determined because the Z-axis values are the distances D1 and D3, respectively, and the mounting position coordinates distance is 2b.
The angle θ formed by the surface SF2 (line in the external coordinate display portion F22) including the mounting position coordinates P21 and P23 and the horizontal plane SF1 (Z = constant) is the inclination angle from the actual horizontal plane. Further, the estimated center of gravity coordinates (Yg, Zg), which are the estimated estimated center of gravity positions, are uniquely determined from the mounted position coordinates P21 and P23 and the reference relative position information. The value obtained by subtracting the surveyed center of gravity coordinates (G2, G3) from the estimated center of gravity coordinates (Yg, Zg) is the deviation Diff of the coordinates of the center of gravity position.
In this way, the flying object M has a deviation Diff from the survey center of gravity coordinates (G2, G3) and a deviation (inclination) from the horizontal posture with respect to the survey information detected by the total station TS based on the measurement information measured by the
以上のように、本実施形態による制御システムSysにおいて、飛行体Mは、搭載された各ライダー2によって測定された測定情報であって、各ライダー2の位置と地表の距離を示す測定情報を取得する。飛行体Mは、飛行体Mの外部座標で、飛行体Mの重心位置を示す測量情報を取得する。飛行体Mは、自装置の重心位置と各ライダー2の位置の位置関係を示す基準相対位置情報を予め記憶する。飛行体Mは、この基準相対位置情報をメモリから読み出すことで取得する。飛行体Mは、測定情報、測量情報(「外部位置情報」の一例)、及び基準相対位置情報に基づいて、飛行体Mの動作を決定する。
これにより、制御システムSysは、トータルステーションTSが検出した測量情報だけを用いる場合と比較して、飛行体Mを精度良く動作させることができる
なお、飛行体Mは、測定情報、GPS機能による測位情報或いはINS機能による慣性計測情報(「外部位置情報」の他の例)、及び、基準相対位置情報に基づいて、飛行体Mの動作を決定してもよい。As described above, in the control system Sys according to the present embodiment, the flying object M acquires the measurement information measured by each of the mounted
As a result, the control system Sys can operate the flying object M more accurately than when using only the survey information detected by the total station TS. The flying object M has measurement information and positioning information by the GPS function. Alternatively, the operation of the flying object M may be determined based on the inertial measurement information by the INS function (another example of "external position information") and the reference relative position information.
<飛行体の構成>
図3は、本実施形態に係る飛行体Mの構成を示す概略ブロック図である。
図3において、飛行体Mは、GPS/INS1、N個のライダー2-1~2-N、通信チップ3、飛行体目標状態量生成器4、高度・姿勢補償器5、飛行制御モジュール6、アクチュエータ7、飛行体ダイナミクス8を含む。
飛行体目標状態量生成器4、高度・姿勢補償器5、及び、飛行制御モジュール6は制御装置M1とも称される。制御装置M1は、全部或いは一部が、飛行体M以外の装置、例えば、サーバやパーソナルコンピュータ、或いはトータルステーションTSに設けられてもよい。<Composition of the flying object>
FIG. 3 is a schematic block diagram showing the configuration of the flying object M according to the present embodiment.
In FIG. 3, the flight body M includes GPS /
The aircraft target
GPS/INS1は、GPS機能により、飛行体Mの位置を算出する。例えば、GPS/INS1は、飛行体Mの重心位置に設けられたアンテナによって、GPS衛星からの電波を受信し、飛行体Mの重心位置を算出する。GPS/INS1は、INS機能により、飛行体Mに搭載されたセンサを用いて、飛行体Mの位置、姿勢、速度を算出する。
GPS/INS1は、GPS機能によって算出した位置を示す測位情報、ならびにINS機能によって算出した位置、姿勢及び速度を示す慣性計測情報を表す導出信号Sg1を生成して出力する。GPS / INS1 calculates the position of the flying object M by the GPS function. For example, GPS / INS1 receives radio waves from GPS satellites by an antenna provided at the position of the center of gravity of the flying object M, and calculates the position of the center of gravity of the flying object M. The GPS / INS1 calculates the position, attitude, and speed of the flying object M by using the sensor mounted on the flying object M by the INS function.
The GPS / INS1 generates and outputs a derivation signal Sg1 representing a positioning information indicating a position calculated by the GPS function and an inertial measurement information indicating a position, an attitude and a speed calculated by the INS function.
ライダー2-1~2-Nは、それぞれ、ライダー2-1~2-Nの搭載位置と地表Gの距離を測定情報として測定する。ライダー2-1~2-Nは、それぞれ、測定情報を表す測定信号Sg2-1~Sg2-Nを出力する。
通信チップ3は、外部装置と情報を送受信する回路である。通信チップ3は、トータルステーションTSからの測量情報を受信し、測量情報を表す測量信号Sg3を出力する。通信チップ3は、飛行体Mで検出したセンサ情報、飛行体Mで生成した制御指示を、トータルステーションTS、サーバ、又はパーソナルコンピュータへ送信してもよい。The riders 2-1 to 2-N measure the distance between the mounting position of the riders 2-1 to 2-N and the ground surface G as measurement information, respectively. The riders 2-1 to 2-N output measurement signals Sg2-1 to Sg2-N representing measurement information, respectively.
The communication chip 3 is a circuit that transmits / receives information to / from an external device. The communication chip 3 receives the survey information from the total station TS and outputs the survey signal Sg3 representing the survey information. The communication chip 3 may transmit the sensor information detected by the flight object M and the control instruction generated by the flight object M to the total station TS, the server, or the personal computer.
飛行体目標状態量生成器4は、飛行体Mの位置、速度、加速度、姿勢、軌道、安定性等の状態量について、各状態量の目標値を算出する。飛行体目標状態量生成器4は、各状態量の目標値を表す目標状態量信号Sg4を出力する。
高度・姿勢補償器5は、導出信号Sg1、測定信号Sg2-1~Sg2-N、測量信号Sg3、及び目標状態量信号Sg4に基づいて、位置及び姿勢の補償処理(図2参照)を行う。補償処理の詳細については、後述する。高度・姿勢補償器5は、補償処理の結果、補償信号Sg5を生成して出力する。補償信号Sg5は、飛行体Mの各状態量の観測値であって、補正が必要な場合には補正された観測値(「推定観測値」とも称する)を表す。The flying object target
The altitude /
飛行制御モジュール6は、各状態量について、目標状態量信号Sg4が表す目標値、補償信号Sg5が表す推定観測値、及び、駆動信号Sg7が表す駆動値に応じて、飛行体Mの動作を決定する。具体的には、飛行制御モジュール6は、目標値、推定観測値、及び駆動値と、飛行体Mの動作とが予め対応付けられた対応情報(関数やテーブル、学習済モデル等)をメモリから読み出す。飛行制御モジュール6は、対応情報において、目標値と推定観測値に対応する動作を、飛行体Mの動作として決定する。
The
飛行体Mの動作は、例えば、上昇或いは下降、前進或いは後退、停止、左右、回転(ヨーイング)、ピッチアップ或いはピッチダウン、右ロール或いは左ロール、静止である。飛行体Mの動作には、動作の変化量が含まれる。なお、飛行制御モジュール6は、この動作を、飛行体Mに設けられた操作部(図示せず)、リモートコントローラの操作部から受け付けてもよい。
飛行制御モジュール6は、決定した動作を行うための飛行制御信号Sg6を、生成して出力する。The movement of the vehicle M is, for example, ascending or descending, forward or backward, stop, left or right, yawing, pitch up or pitch down, right roll or left roll, and stationary. The movement of the flying object M includes the amount of change in the movement. The
The
アクチュエータ7は、飛行制御信号Sg6に応じて、飛行体ダイナミクス8を駆動するための駆動値を決定し、決定した駆動値に応じた駆動信号Sg7を生成する。駆動値は、例えば、電圧値及び電流値である。
飛行体ダイナミクス8は、4つのプロペラ8-1~8-4である。各プロペラ8-1~8-4は、駆動信号Sg7に応じて各モーターに電圧が印加され、各モーターの回転数が制御される。飛行体ダイナミクス8は、飛行体ダイナミクス8の状態量或いはその変化を検出する。飛行体ダイナミクス8は、検出した状態量或いはその変化を示すダイナミックス検出信号Sg8を生成して出力する。ダイナミックス検出信号Sg8は、駆動信号Sg7の結果で生じた状態量或いはその変化を表し、例えば、各モーターの回転数等である。The actuator 7 determines a drive value for driving the flying object dynamics 8 according to the flight control signal Sg6, and generates a drive signal Sg7 according to the determined drive value. The drive value is, for example, a voltage value and a current value.
The aircraft dynamics 8 are four propellers 8-1 to 8-4. A voltage is applied to each of the propellers 8-1 to 8-4 according to the drive signal Sg7, and the rotation speed of each motor is controlled. The flying object dynamics 8 detects a state quantity of the flying object dynamics 8 or a change thereof. The flying object dynamics 8 generates and outputs a dynamics detection signal Sg8 indicating the detected state quantity or its change. The dynamics detection signal Sg8 represents a state quantity or a change thereof generated as a result of the drive signal Sg7, and is, for example, the rotation speed of each motor.
<飛行体の処理フロー>
図4は、本実施形態に係る飛行体Mの処理を示すフローチャートである。
(ステップS11)制御装置M1は、飛行体Mが地表Gに対して、安定的に着地している。なお、制御装置M1は、導出信号Sg1又はダイナミックス検出信号Sg8、飛行体Mに搭載された加速度センサ、ジャイロセンサ等によって、飛行体Mが安定的に着地していることを判断してもよい。または、トータルステーションTSは、測量情報によって、飛行体Mが安定的に着地していることを判断してもよい。<Flight processing flow>
FIG. 4 is a flowchart showing the processing of the flying object M according to the present embodiment.
(Step S11) In the control device M1, the flying object M has landed stably on the ground surface G. The control device M1 may determine that the flying object M is stably landing by the derived signal Sg1 or the dynamics detection signal Sg8, the acceleration sensor mounted on the flying object M, the gyro sensor, or the like. .. Alternatively, the total station TS may determine that the flying object M has landed stably based on the survey information.
(ステップS12)制御装置M1は、測位情報及び慣性計測情報を表す導出信号Sg1を取得する。
(ステップS13)制御装置M1は、測量情報を表す測量信号Sg3を取得する。
(ステップS14)制御装置M1は、測定情報を表す測定信号Sg2-1~Sg2-Nを取得する。(Step S12) The control device M1 acquires the derivation signal Sg1 representing the positioning information and the inertial measurement information.
(Step S13) The control device M1 acquires a survey signal Sg3 representing survey information.
(Step S14) The control device M1 acquires measurement signals Sg2-1 to Sg2-N representing measurement information.
なお、補償処理のための測位情報、慣性計測情報、測量情報、又は、測定情報は、飛行体Mが地表Gに対して安定的に着地していると判断された場合に、検出、算出、生成或いは出力されてもよい。換言すれば、補償処理のための測位情報、慣性計測情報、測量情報、又は、測定情報は、飛行体Mが地表Gに対して安定的に着地していると判断されない場合には、検出、算出、生成或いは出力されなくてもよい。これにより、飛行体Mは、検出、算出、生成或いは出力のための負荷を軽減できる。 The positioning information, inertial measurement information, survey information, or measurement information for compensation processing is detected, calculated, and calculated when it is determined that the flying object M is stably landing on the ground surface G. It may be generated or output. In other words, the positioning information, inertial measurement information, survey information, or measurement information for compensation processing is detected when it is not determined that the aircraft M is landing stably on the ground surface G. It does not have to be calculated, generated or output. Thereby, the flying object M can reduce the load for detection, calculation, generation or output.
(ステップS15)制御装置M1は、目標状態量信号Sg4が表す目標値を参照し、飛行体Mが着地を継続している状態であるか否かを判定する。例えば、この状態と判定される目標値は、例えば、全てのモーターの回転数がゼロ(回転しない。モーターの出力がない)、速度及び加速度がないことを示す値がある。 (Step S15) The control device M1 refers to the target value represented by the target state quantity signal Sg4, and determines whether or not the flying object M is in a state of continuing landing. For example, the target value determined to be in this state has, for example, a value indicating that the rotation speed of all the motors is zero (does not rotate, there is no output of the motor), and there is no speed or acceleration.
(ステップS16)制御装置M1は、飛行体Mが着地を継続している状態である場合(ステップS15でYes)、補償処理を行う。
(ステップS17)制御装置M1は、目標状態量信号Sg4が表す目標値、補償信号Sg5が表す推定観測値、及び、駆動信号Sg7が表す駆動値に応じて、飛行体Mの動作を決定する。
(ステップS18)制御装置M1は、決定した動作で、飛行体Mを動作させる。(Step S16) When the flying object M is in a state of continuing landing (Yes in step S15), the control device M1 performs compensation processing.
(Step S17) The control device M1 determines the operation of the flying object M according to the target value represented by the target state quantity signal Sg4, the estimated observation value represented by the compensation signal Sg5, and the driving value represented by the driving signal Sg7.
(Step S18) The control device M1 operates the flying object M by the determined operation.
<補償処理>
以下、制御装置M1(高度・姿勢補償器5)が行う補償処理について説明する。
制御装置M1は、測定信号Sg2-1~Sg2-Nが表す測定情報と、測量信号Sg3が表す測量情報とに基づいて、ライダー2-1~2-Nの搭載位置座標(外部座標)を算出する(図2参照)。例えば、ライダー2-n(n=1、2、・・・、N)の搭載位置座標を(xn、yn、zn)とすると、制御装置M1は、例えば次式を満たす解(xn、yn、zn)を、搭載位置座標として算出する。<Compensation processing>
Hereinafter, the compensation process performed by the control device M1 (altitude / attitude compensator 5) will be described.
The control device M1 calculates the mounting position coordinates (external coordinates) of the riders 2-1 to 2-N based on the measurement information represented by the measurement signals Sg2-1 to Sg2-N and the survey information represented by the survey signals Sg3. (See Fig. 2). For example, assuming that the mounting position coordinates of the rider 2-n (n = 1, 2, ..., N) are (x n , y n , z n ), the control device M1 satisfies, for example, a solution (x) that satisfies the following equation. n , y n , z n ) is calculated as the mounting position coordinates.
・(xn-xm)2+(yn-ym)2+(zn-zm)2
=内部座標におけるライダー2-nとライダー2-mの距離
・zn=Dn・ (X n − x m ) 2 + (y n − y m ) 2 + (z n − z m ) 2
= Distance between rider 2-n and rider 2-m in internal coordinates ・ z n = Dn
ここで、各搭載位置座標を通る平面方程式は、次のように表される。 Here, the equation of a plane passing through each mounting position coordinate is expressed as follows.
式(1)、…、式(N)で記述したN個の平面方程式から、3個の平面方程式を選定する組み合わせの総数はNC3=N!/(3!(N-3)!)と表される。ここで、s!は、sの階乗である。つまり、s!=s×(s-1)×(s-2)×・・・×2×1であり、s(正の整数)から1ずつ引いた数を1になるまで乗算したものである。
制御装置M1は、NC3通りの組み合わせの中から、3個の平面方程式を選定する。この選定は、例えばランダムであるが、例えばDnの値の上位或いは下位の3個の搭載位置座標を通る平面方程式にする等、予め定めた条件であってもよい。The total number of combinations for selecting three equations of a plane from the N equations of a plane described by the equations (1), ..., And the equation (N) is NC3 = N! / (3! (N-3)!). Here, s! Is the factorial of s. In other words, s! = S × (s-1) × (s-2) × ・ ・ ・ × 2 × 1, which is obtained by multiplying the number obtained by subtracting 1 from s (a positive integer) until it becomes 1.
The control device M1 selects three equations of a plane from the combinations of NC3 . This selection is random, for example, but may be a predetermined condition such as a plane equation passing through three mounting position coordinates higher or lower than the value of Dn.
選定された3個の平面方程式には、3個の搭載位置座標を含むものが存在する。その平面方程式は、3個の平面方程式の定係数(an、bn、cn)が同値になる。
制御装置M1は、そのときの定係数(an、bn、cn)を算出する。具体的には、N=4(図1参照)のときに、ライダー2-1、2-2、2-3の3つの搭載位置座標を選定した場合、3個の平面方程式は、次式で表される。Some of the three selected equations of a plane include three mounting position coordinates. In the equation of a plane, the constant coefficients (an, b n , cn ) of the three equations of a plane have the same value.
The control device M1 calculates the constant coefficient (an, b n , cn ) at that time. Specifically, when N = 4 (see FIG. 1) and three mounting position coordinates of riders 2-1, 2-2, and 2-3 are selected, the three equations of a plane are given by the following equations. expressed.
制御装置M1は、例えば式(10)、式(20)、式(30)を満たす定係数(an、bn、cn)を算出する。具体的には、定係数(an、bn、cn)は、3つの搭載位置座標から、次式によって表される。The control device M1 calculates, for example, constant coefficients (an, b n , cn ) satisfying the equations (10), (20), and (30). Specifically, the constant coefficients (an, b n , cn ) are expressed by the following equations from the three mounting position coordinates.
制御装置M1は、式(40)、式(50)、式(60)を用いて、3つの搭載位置座標からα、β、γを算出する。ここで、式(40)、式(50)、式(60)を満たす平面方程式は、次式(70)で表される。 The control device M1 calculates α, β, and γ from the three mounting position coordinates using the equation (40), the equation (50), and the equation (60). Here, the equation of a plane satisfying the equation (40), the equation (50), and the equation (60) is expressed by the following equation (70).
よって、外部座標では、飛行体Mが水平状態を保って高度h~(チルダ)となったとき、機体面に固定した平面方程式(水平面)は、飛行体Mの傾きがゼロとなる場合の基準平面方程式z+h~=0で表される。このときの飛行体Mの傾き角θは、基準平面方程式が表す平面と、式(70)で表される平面方程式が表す平面とのなす角によって、次式(80)で表される。Therefore, in the external coordinates, the plane equation (horizontal plane) fixed to the aircraft surface is the reference when the inclination of the aircraft M becomes zero when the altitude h ~ (tilde) is reached while the aircraft M remains horizontal. It is represented by the horizontal equation z + h ~ = 0. The inclination angle θ of the flying object M at this time is represented by the following equation (80) by the angle formed by the plane represented by the reference plane equation and the plane represented by the equation of plane (70).
制御装置M1は、次式(80)を用いて、α、β、γから傾き角θを算出する。
また、制御装置M1は、基準相対位置情報を用いて、3つの搭載位置座標から、推定重心座標(Xg、Yg、Zg)を算出する。The control device M1 calculates the inclination angle θ from α, β, and γ by using the following equation (80).
Further, the control device M1 calculates the estimated center of gravity coordinates (Xg, Yg, Zg) from the three mounting position coordinates using the reference relative position information.
制御装置M1は、別の3つの搭載位置座標の組み合わせから、同様に、傾き角θ及び推定重心座標(Xg、Yg、Zg)を算出する。制御装置M1は、複数の組み合わせにおいて傾き角θ及び推定重心座標(Xg、Yg、Zg)を算出し、これらの平均値を平均傾き角θave及び平均推定重心座標(Xgave、Ygave、Zgave)とする。
制御装置M1は、測量信号Sg3が表す重心位置及び姿勢と、平均傾き角θave及び平均推定重心座標(Xgave、Ygave、Zgave)とに基づいて、飛行体Mの重心位置と傾き角を算出する。例えば、制御装置M1は、測量信号Sg3が表す重心位置(G1、G2、G3)及び姿勢(傾き角)と、平均傾き角θave及び平均推定重心座標(Xgave、Ygave、Zgave)との平均値、又は、これらの数値に所定の重み付けをして加算した値を、飛行体Mの重心位置と傾き角として算出する。The control device M1 similarly calculates the tilt angle θ and the estimated center of gravity coordinates (Xg, Yg, Zg) from the combination of the other three mounting position coordinates. The control device M1 calculates the tilt angle θ and the estimated center of gravity coordinates (Xg, Yg, Zg) in a plurality of combinations, and calculates the average value of these as the average tilt angle θ ave and the average estimated center of gravity coordinates (Xg ave , Yg ave , Zg). ave ).
The control device M1 has the center of gravity position and tilt angle of the flying object M based on the center of gravity position and orientation represented by the survey signal Sg3, the average tilt angle θ ave , and the average estimated center of gravity coordinates (Xg ave , Yg ave , Zg ave ). Is calculated. For example, the control device M1 has a center of gravity position (G1, G2, G3) and an attitude (tilt angle) represented by the survey signal Sg3, an average tilt angle θ ave , and an average estimated center of gravity coordinates (Xg ave , Yg ave , Zg ave ). The average value of the above values or a value obtained by adding a predetermined weight to these values is calculated as the position of the center of gravity and the inclination angle of the flying object M.
制御装置M1は、導出信号Sg1が表す位置や姿勢を参照値としてもよい。例えば、制御装置M1は、導出信号Sg1が表す位置や姿勢と飛行体Mの重心位置と傾き角の差が閾値以上となる場合、再度、ライダー2-1~2-Nに測定情報を測定させて、補償処理を行ってもよい。この場合、制御装置M1は、傾き角θ及び推定重心座標(Xg、Yg、Zg)の異常値を検出し、異常値を排除して、平均値を算出してもよい。つまり、制御装置M1は、導出信号Sg1(又は測量信号Sg3)に基づいて、搭載位置座標の組み合わせを選択或いは再選択してもよい。 The control device M1 may use the position or posture represented by the derived signal Sg1 as a reference value. For example, when the difference between the position and attitude represented by the derived signal Sg1 and the position of the center of gravity of the flying object M and the tilt angle is equal to or greater than the threshold value, the control device M1 causes the riders 2-1 to 2-N to measure the measurement information again. Then, compensation processing may be performed. In this case, the control device M1 may detect an abnormal value of the inclination angle θ and the estimated center of gravity coordinates (Xg, Yg, Zg), eliminate the abnormal value, and calculate the average value. That is, the control device M1 may select or reselect the combination of the mounting position coordinates based on the derived signal Sg1 (or the survey signal Sg3).
以上の補償処理により、制御装置M1は、算出した飛行体Mの重心位置と傾き角を推定観測値とし、推定観測値を表す補償信号Sg5を生成して出力する。
これにより、飛行体M(図3)において、飛行制御モジュール6は、通常はGPS/INS1が出力する導出信号g1に基づいて、例えば、導出信号g1が表す重心位置や姿勢に基づいて、飛行制御信号Sg6を生成する。一方、飛行制御モジュール6は、目標状態量信号Sg4が表す目標値に応じて、高度・姿勢補償器5が生成する補償信号Sg5を用いながら、飛行制御信号Sg6を生成する。Through the above compensation processing, the control device M1 uses the calculated center of gravity position and tilt angle of the flying object M as estimated observation values, and generates and outputs a compensation signal Sg5 representing the estimated observation values.
As a result, in the flight object M (FIG. 3), the
したがって、本実施形態では、制御システムSysは、GPS/INS1と飛行制御モジュール6(汎用品であってもよい)に対し、N個のライダー2-1~2-N、トータルステーションTS、及び、高度・姿勢補償器5を組み合わせる。これにより、制御システム例えばGPS/INS1の測位や慣性計測の精度が得られない場合でも、飛行体Mの位置及び姿勢に関する制御をより精度良く実施でき、飛行体Mをより精度良く動作させることができる。
Therefore, in the present embodiment, the control system Sys has N riders 2-1 to 2-N, a total station TS, and an altitude with respect to the GPS /
<制御装置のハードウェア構成>
図5は、本実施形態に係る制御装置M1のハードウェアを示す構成図である。
制御装置M1は、通信インターフェースM11、入出力インターフェースM12、ドライブM13、メモリM14、及び、プロセッサM15を含んで構成される。
これらの構成要素は、バス(Bus)を介して相互に通信可能に接続されている。<Hardware configuration of control device>
FIG. 5 is a configuration diagram showing the hardware of the control device M1 according to the present embodiment.
The control device M1 includes a communication interface M11, an input / output interface M12, a drive M13, a memory M14, and a processor M15.
These components are communicably connected to each other via a bus.
通信インターフェースM11は、通信チップ3(図3)とのインターフェースである。通信チップ3は、無線通信用モジュールであり、他の装置と通信を行う。
入出力インターフェースM12は、入出力機器、物理的制御機器(例えばアクチュエーター)、センサとのインターフェースである。入出力機器は、例えば、操縦かん、キーボード、マウス、タッチパッド、又は、音声により各種の指示が入力されるマイクロホンであってもよいし、例えば、ディスプレイ、ライト、スピーカ、又は、振動発生機器であってもよい。The communication interface M11 is an interface with the communication chip 3 (FIG. 3). The communication chip 3 is a wireless communication module and communicates with other devices.
The input / output interface M12 is an interface with an input / output device, a physical control device (for example, an actuator), and a sensor. The input / output device may be, for example, a control panel, a keyboard, a mouse, a touch pad, or a microphone into which various instructions are input by voice, for example, a display, a light, a speaker, or a vibration generating device. There may be.
ドライブM13は、例えば、ハードディスクドライブやソリッドステートドライブ等の補助記憶媒体、EEPROMやフラッシュメモリ等の不揮発性メモリ、又は、光磁気ディスクドライブやフレキシブルディスクドライブである。なお、ドライブM13は、例えば、制御装置M1に内蔵されるものに限らず、USB(Universal Seriul Bus)等のデジタル入出力ポート等によって接続された外付け型の記憶装置でもよい。 The drive M13 is, for example, an auxiliary storage medium such as a hard disk drive or a solid state drive, a non-volatile memory such as an EEPROM or a flash memory, or a magneto-optical disk drive or a flexible disk drive. The drive M13 is not limited to the one built in the control device M1, and may be an external storage device connected by a digital input / output port such as a USB (Universal Seriul Bus).
メモリM14は、ランダムアクセスメモリ等の主記憶媒体である。なお、メモリM14は、キャッシュメモリであってもよい。メモリM14は、一又は複数のプロセッサM15によって命令が実行されるときに、これらの命令を格納する。
プロセッサM15は、CPU、MPU、又は、GPUである。プロセッサM15は、ドライブM13から、メモリM14を介して、プログラム及び各種データを読み出して演算を行うことで、一又は複数のメモリに格納した命令を実行する。
なお、制御装置M1は、不図示のカメラ、加速度センサ、ジャイロセンサ、GPS受信モジュール等のハードウェアに接続されているが、これらを含んで構成されてもよい。また、トータルステーションTSや他のコンピュータ(図示せず)が、制御装置Mの一部或いは全部を含んで構成されてもよい。The memory M14 is a main storage medium such as a random access memory. The memory M14 may be a cache memory. The memory M14 stores these instructions when they are executed by one or more processors M15.
The processor M15 is a CPU, MPU, or GPU. The processor M15 reads a program and various data from the drive M13 via the memory M14 and performs an operation to execute an instruction stored in one or a plurality of memories.
Although the control device M1 is connected to hardware such as a camera (not shown), an acceleration sensor, a gyro sensor, and a GPS receiving module, the control device M1 may be configured to include these. Further, the total station TS and other computers (not shown) may be configured to include a part or all of the control device M.
<まとめ>
以上の記載から本発明は例えば以下のように把握される。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を便宜的に括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の態様に限定されるものではない。<Summary>
From the above description, the present invention can be grasped as follows, for example. Reference numerals in the accompanying drawings are added in parentheses for convenience in order to facilitate understanding of the present invention, but the present invention is not limited to the illustrated embodiment.
(1)本発明の一態様の制御システム(例えば制御システムSys)は、制御対象物(例えば、飛行体M)に搭載されたセンサによって測定された測定位置情報であって、前記制御対象物の第1基準位置(例えば、各ライダー2の位置)と面(地表G)の位置関係を示す測定位置情報を取得する測定情報取得部(例えば各ライダー2又は高度・姿勢補償器5)と、前記制御対象物の外部座標(例えばトータルステーションTSが測量にも用いる座標系TSC、GPSによる緯度経度、INSによる慣性計測の座標系)で、前記制御対象物の第2基準位置(重心)を示す外部位置情報を取得する座標情報取得部(例えば通信チップ3、GPS/INS1、又は、高度・姿勢補償器5)と、複数の前記第1基準位置と前記第2基準位置の位置関係を示す基準相対位置情報を取得する基準位置取得部(例えば高度・姿勢補償器5)と、前記測定位置情報、前記外部位置情報、及び基準相対位置情報に基づいて、前記制御対象物の動作を決定する制御部(例えば飛行制御モジュール6)とを備える。
(1) The control system of one aspect of the present invention (for example, control system Sys) is measurement position information measured by a sensor mounted on a controlled object (for example, a flying object M), and is the measured position information of the controlled object. A measurement information acquisition unit (for example, each
これにより、制御システムSysは、外部位置情報だけを用いる場合と比較して、制御対象物を精度良く動作させることができる。
なお、制御対象物は、ドローン、ヘリコプタ、又は、飛行機等の航空機であってもよいし、船舶、潜水機器、自動車、携帯電話、パーソナルコンピュータ等の移動体(携帯装置を含む)であってもよい。
「面」は、地表に限らず、構造物(道路、着陸ポート等の構造物の面、水面)であってもよい。また、面は、水平に限らず、傾いてもよいし、凹凸があってもよい。また、面は、壁や鉛直下側の面(例えば、架橋の下面)等の面であってもよい。
第2基準位置は、重心でなくてもよい。例えば、トータルステーションTSに観測され得る位置(制御対象物の表面)に、付されたマークや特定形状等の位置であってもよい。
外部座標は、ライダー2に用いられる座標とは異なる座標であり、例えば、GPSによる緯度経度、INSによる慣性計測の座標であってもよいし、飛行体Mに搭載されたカメラ等の計測装置による座標であってもよい。As a result, the control system Sys can operate the controlled object more accurately than in the case of using only the external position information.
The controlled object may be an aircraft such as a drone, a helicopter, or an airplane, or a mobile body (including a portable device) such as a ship, a submersible device, an automobile, a mobile phone, or a personal computer. good.
The "face" is not limited to the ground surface, but may be a structure (a surface of a structure such as a road or a landing port, or a water surface). Further, the surface is not limited to horizontal, and may be inclined or uneven. Further, the surface may be a surface such as a wall or a surface on the vertically lower side (for example, the lower surface of the bridge).
The second reference position does not have to be the center of gravity. For example, it may be a position such as a mark or a specific shape attached to a position (surface of a controlled object) that can be observed on the total station TS.
The external coordinates are coordinates different from the coordinates used for the
(2)本発明の一態様の制御システムは、上記制御システムにおいて、前記座標情報取得部は、測量装置によって測量された前記外部位置情報(例えば測量情報)、又は、前記制御対象物に搭載されたセンサによって測位された或いは慣性計測された前記外部位置情報(例えば測位情報或いは慣性計測情報)を取得し、前記制御部は、前記測定位置情報、前記外部位置情報、及び基準相対位置情報に基づいて推定された前記制御対象物の位置又は姿勢(例えば推定観測値)に応じて、前記制御対象物の動作を決定する。 (2) In the control system of one aspect of the present invention, the coordinate information acquisition unit is mounted on the external position information (for example, survey information) measured by the surveying device or the controlled object. The external position information (for example, positioning information or inertial measurement information) measured or inertially measured by the sensor is acquired, and the control unit is based on the measured position information, the external position information, and the reference relative position information. The operation of the controlled object is determined according to the position or attitude (for example, estimated observed value) of the controlled object estimated in the above.
これにより、制御システムは、測量装置によって測量された外部位置情報、又は、制御対象物に搭載されたセンサによって測位された或いは慣性計測された外部位置情報だけを用いる場合と比較して、制御対象物の位置又は姿勢をより精度良く推定でき、飛行体Mをより精度良く動作させることができる。 As a result, the control system is controlled as compared with the case where only the external position information measured by the surveying device or the external position information measured by the sensor mounted on the controlled object or the inertial measurement is used. The position or attitude of the object can be estimated more accurately, and the flying object M can be operated more accurately.
(3)本発明の一態様の制御システムは、上記制御システムにおいて、前記制御対象物は、飛行体であり、前記測定情報取得部は、前記第1基準位置と地表の位置関係を示す前記測定位置情報を取得し、前記座標情報取得部は、前記飛行体の高度を示す外部位置情報を取得し、前記制御部は、前記飛行体の高度又は姿勢を決定する。 (3) In the control system of one aspect of the present invention, in the control system, the controlled object is a flying object, and the measurement information acquisition unit is the measurement indicating the positional relationship between the first reference position and the ground surface. The position information is acquired, the coordinate information acquisition unit acquires external position information indicating the altitude of the air vehicle, and the control unit determines the altitude or attitude of the air vehicle.
これにより、制御システムは、飛行体の高度又は姿勢をより精度良く推定でき、飛行体をより精度良く動作させることができる。なお、高度は、測量される地表からの高さであってもよいし、測位される高度であってもよい。 As a result, the control system can estimate the altitude or attitude of the flying object more accurately, and can operate the flying object more accurately. The altitude may be the height from the ground surface to be surveyed or the altitude to be positioned.
(4)本発明の一態様の制御システムは、上記制御システムにおいて、前記測定情報取得部は、前記飛行体が所定状態のときに測定された測定位置情報を取得し、前記制御部は、前記飛行体が所定状態のときの前記測定位置情報、前記外部位置情報、及び基準相対位置情報に基づいて、前記制御対象物の動作を決定する。 (4) In the control system according to one aspect of the present invention, in the control system, the measurement information acquisition unit acquires measurement position information measured when the flying object is in a predetermined state, and the control unit obtains the measurement position information. The operation of the controlled object is determined based on the measured position information, the external position information, and the reference relative position information when the flying object is in a predetermined state.
これにより、制御システムは、所定の状態のときに、飛行体の高度又は姿勢をより精度良く推定でき、飛行体Mをより精度良く動作させることができる。
所定の状態とは、例えば、制御対象物が着地しているとき、制御対象物が静止しているとき(ホバリング等、空中での静止を含む)、制御対象物が一定(略一定を含む。例えば、速度の変化が閾値以内)の速度で移動しているとき、制御対象物が第1基準位置から所定距離に位置、所定距離以下に位置、所定距離以上に位置したとき、制御対象物が所定の対象物やマーク、形状を検出したとき、制御対象物が所定の位置(緯度経度、外部座標系での位置)に位置したとき等である。所定の対象物とは、離陸開始地点、着地地点、経由地点、異常個所(ひび割れや錆び)、又は、検査・点検対象であってもよい。また、所定の状態とは、所定のタイミングや所定の信号を受信したときでもよい。所定の信号とは、例えば、外部の対象物から送信されたもの(例えば近距離通信の信号)であってもよい。
また、信号には、制御対象物を識別する識別子が含まれ、所定の状態は、制御対象物が自装置の識別子を受信した状態であってもよい。所定の状態は、制御対象物が自装置の異常を検出した状態であってもよい。Thereby, the control system can estimate the altitude or the attitude of the flying object more accurately in a predetermined state, and can operate the flying object M more accurately.
The predetermined state is, for example, when the controlled object is landing, when the controlled object is stationary (including stationary in the air such as hovering), the controlled object is constant (including substantially constant). For example, when the controlled object is moving at a speed of (the change in speed is within the threshold value), the controlled object is located at a predetermined distance from the first reference position, at a predetermined distance or less, and at a predetermined distance or more. When a predetermined object, mark, or shape is detected, when the controlled object is located at a predetermined position (latitude / longitude, position in the external coordinate system), and the like. The predetermined object may be a takeoff start point, a landing point, a waypoint, an abnormal point (crack or rust), or an inspection / inspection target. Further, the predetermined state may be when a predetermined timing or a predetermined signal is received. The predetermined signal may be, for example, a signal transmitted from an external object (for example, a signal for short-range communication).
Further, the signal includes an identifier for identifying the controlled object, and the predetermined state may be a state in which the controlled object receives the identifier of the own device. The predetermined state may be a state in which the controlled object detects an abnormality in its own device.
本発明の一態様の制御システムにおいて、前記所定状態は、前記飛行体が着地している状態である。
これにより、制御システムは、着地している状態のときに、飛行体の高度又は姿勢をより精度良く推定でき、飛行体Mをより精度良く動作させることができる。着地している状態の場合、飛行体が安定するので、例えば測定情報や式(70)の平面方程式の算出精度を高めることができる。In the control system of one aspect of the present invention, the predetermined state is a state in which the flying object is landing.
As a result, the control system can estimate the altitude or attitude of the flying object more accurately when it is in the landing state, and can operate the flying object M more accurately. In the landing state, the flying object is stable, so that the measurement information and the calculation accuracy of the equation of a plane of the equation (70) can be improved, for example.
(5)本発明の一態様の制御システムにおいて、前記所定状態は、センサによる測定値と前記動作のための目標値に基づいて、前記飛行体が着地を継続している状態である。
これにより、制御システムは、着地している状態のとき、かつ、着地が継続する状態のときに、飛行体の高度又は姿勢をより精度良く推定でき、飛行体Mをより精度良く動作させることができる。制御システムは、より安定した状態で、補償処理を行うことができる。(5) In the control system of one aspect of the present invention, the predetermined state is a state in which the flying object continues to land based on the measured value by the sensor and the target value for the operation.
As a result, the control system can more accurately estimate the altitude or attitude of the flying object when it is in a landing state and when the landing is continuous, and it is possible to operate the flying object M more accurately. can. The control system can perform compensation processing in a more stable state.
(6)本発明の一態様の制御システムは、上記制御システムにおいて、前記測定情報取得部は、少なくとも3つの前記第1基準位置と地表面の位置関係を示す測定位置情報を取得し、前記制御部は、前記外部座標において、前記3つの前記第1基準位置により特定される平面に基づいて、前記飛行体と地表面のなす角を推定する。 (6) In the control system of one aspect of the present invention, in the control system, the measurement information acquisition unit acquires measurement position information indicating at least three positional relationships between the first reference position and the ground surface, and controls the control. The unit estimates the angle between the flying object and the ground surface based on the planes specified by the three first reference positions in the external coordinates.
これにより、制御システムは、少なくとも3つのライダー2により、補償処理を行うことができ、飛行体の姿勢をより精度良く推定でき、飛行体Mをより精度良く動作させることができる。
なお、地表面は、水平面であってもよいし、トータルステーションTSの座標系TSCでの水平面であってもよい。As a result, the control system can perform compensation processing by at least three
The ground surface may be a horizontal plane or a horizontal plane in the coordinate system TSC of the total station TS.
なお、上記実施形態の制御システムにおいて、GPS/INS1は、飛行体Mの状態に応じて、測位情報或いは慣性計測情報の算出、又は、導出信号Sg1の生成を行ってもよい。例えば、GPS/INS1は、飛行体Mが安定的に着地している状態であると判定した場合に、測位情報或いは慣性計測情報を算出し、導出信号Sg1を生成する。 In the control system of the above embodiment, the GPS / INS1 may calculate the positioning information or the inertial measurement information or generate the derived signal Sg1 according to the state of the flying object M. For example, GPS / INS1 calculates positioning information or inertial measurement information when it is determined that the flying object M is in a stable landing state, and generates a derived signal Sg1.
上述の飛行体Mは内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した図5の一部又は全部の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。 The above-mentioned flying object M has a computer system inside. Then, a part or all of the process of FIG. 5 described above is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the above processing is performed by the computer reading and executing this program. Here, the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Further, this computer program may be distributed to a computer via a communication line, and the computer receiving the distribution may execute the program.
なお、図1における制御システムSysの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各種処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。 A program for realizing the function of the control system Sys in FIG. 1 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into the computer system and executed to perform various processes. You may go. The term "computer system" as used herein includes hardware such as an OS and peripheral devices. Further, the "computer system" shall also include a WWW system provided with a homepage providing environment (or display environment). Further, the "computer-readable recording medium" refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, or a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in a computer system. Furthermore, a "computer-readable recording medium" is a volatile memory (RAM) inside a computer system that serves as a server or client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, it shall include those that hold the program for a certain period of time.
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。 Further, the program may be transmitted from a computer system in which this program is stored in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the "transmission medium" for transmitting a program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. Further, the above program may be for realizing a part of the above-mentioned functions. Further, a so-called difference file (difference program) may be used, which can realize the above-mentioned function in combination with a program already recorded in the computer system.
本出願は、2019年3月15日に出願された日本国特願2019-48630号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。 This application claims priority on the basis of Japanese Patent Application No. 2019-48630 filed on March 15, 2019, and incorporates all of its disclosures herein.
本発明の一態様は、例えば、ドローン、ヘリコプタ、又は、飛行機等の航空機に利用することができる。また本発明の一態様は、船舶、潜水機器、自動車(重機を含む)、携帯電話、パーソナルコンピュータ等の移動体(携帯装置を含む)にも利用することができる。また本発明の一態様は、これらの自動制御(自動運転や自動航行、運転支援や航行支援)に利用することができる。 One aspect of the present invention can be used for an aircraft such as a drone, a helicopter, or an airplane. Further, one aspect of the present invention can also be used for mobile objects (including portable devices) such as ships, diving devices, automobiles (including heavy machinery), mobile phones, and personal computers. Further, one aspect of the present invention can be used for these automatic controls (automatic driving, automatic navigation, driving support and navigation support).
Sys 制御システム
M 飛行体
TS トータルステーションTS
8-1~8-4 プロペラ
2、2-1~2-4 ライダー
1 GPS/INS
3 通信チップ
4 飛行体目標状態量生成器
5 高度・姿勢補償器
6 飛行制御モジュール
7 アクチュエータ
8 飛行体ダイナミクス
M1 制御装置
M11 通信インターフェース
M12 入出力インターフェース
M13 ドライブ
M14 メモリ
M15 プロセッサSys Control System M Aircraft TS Total Station TS
8-1-8-4
3 Communication chip
4 Aircraft Target
Claims (10)
前記制御対象物の外部座標を用いて前記制御対象物の第2基準位置を示す外部位置情報を取得する座標情報取得部と、
複数の前記第1基準位置と前記第2基準位置との位置関係を示す基準相対位置情報を取得する基準位置取得部と、
前記測定位置情報、前記外部位置情報、及び基準相対位置情報に基づいて、前記制御対象物の動作を決定する制御部と、
を備える制御システム。 A measurement information acquisition unit that acquires measurement position information that is measurement position information measured by a sensor mounted on the control object and indicates a positional relationship between a first reference position and a surface of the control object.
A coordinate information acquisition unit that acquires external position information indicating a second reference position of the controlled object using the external coordinates of the controlled object, and a coordinate information acquisition unit.
A reference position acquisition unit that acquires reference relative position information indicating a positional relationship between a plurality of the first reference positions and the second reference position, and
A control unit that determines the operation of the controlled object based on the measured position information, the external position information, and the reference relative position information.
Control system with.
前記制御部は、前記測定位置情報、前記外部位置情報、及び基準相対位置情報に基づいて推定された前記制御対象物の位置又は姿勢に応じて、前記制御対象物の動作を決定する
請求項1に記載の制御システム。 The coordinate information acquisition unit acquires the external position information measured by the surveying device or the external position information measured by the sensor mounted on the controlled object or inertially measured.
The control unit determines the operation of the controlled object according to the position or posture of the controlled object estimated based on the measured position information, the external position information, and the reference relative position information. The control system described in.
前記測定情報取得部は、前記第1基準位置と地表の位置関係を示す前記測定位置情報を取得し、
前記座標情報取得部は、前記飛行体の高度を示す前記外部位置情報を取得し、
前記制御部は、前記飛行体の高度又は姿勢を決定する
請求項1又は2に記載の制御システム。 The controlled object is a flying object.
The measurement information acquisition unit acquires the measurement position information indicating the positional relationship between the first reference position and the ground surface, and obtains the measurement position information.
The coordinate information acquisition unit acquires the external position information indicating the altitude of the flying object, and obtains the external position information.
The control system according to claim 1 or 2, wherein the control unit determines the altitude or attitude of the flying object.
前記制御部は、前記飛行体が所定状態のときの前記測定位置情報、前記外部位置情報、及び基準相対位置情報に基づいて、前記制御対象物の動作を決定する
請求項3に記載の制御システム。 The measurement information acquisition unit acquires measurement position information measured when the flying object is in a predetermined state, and obtains measurement position information.
The control system according to claim 3, wherein the control unit determines the operation of the controlled object based on the measured position information, the external position information, and the reference relative position information when the flying object is in a predetermined state. ..
前記制御部は、前記外部座標において、前記3つの前記第1基準位置により特定される平面に基づいて、前記飛行体と地表面とのなす角を推定する
請求項3から請求項5のいずれか一項に記載の制御システム。 The measurement information acquisition unit acquires at least three measurement position information indicating the positional relationship between the first reference position and the ground surface.
Any one of claims 3 to 5 in which the control unit estimates the angle formed by the flying object and the ground surface based on the plane specified by the three first reference positions in the external coordinates. The control system according to paragraph 1.
前記制御対象物の外部座標を用いて前記制御対象物の第2基準位置を示す外部位置情報を取得する座標情報取得部と、
複数の前記第1基準位置と前記第2基準位置との位置関係を示す基準相対位置情報を取得する基準位置取得部と、
前記測定位置情報、前記外部位置情報、及び基準相対位置情報に基づいて、前記制御対象物の動作を決定する制御部と、
を備える制御装置。 A measurement information acquisition unit that acquires measurement position information that is measurement position information measured by a sensor mounted on the control object and indicates a positional relationship between a first reference position and a surface of the control object.
A coordinate information acquisition unit that acquires external position information indicating a second reference position of the controlled object using the external coordinates of the controlled object, and a coordinate information acquisition unit.
A reference position acquisition unit that acquires reference relative position information indicating a positional relationship between a plurality of the first reference positions and the second reference position, and
A control unit that determines the operation of the controlled object based on the measured position information, the external position information, and the reference relative position information.
A control device equipped with.
請求項7に記載の制御装置の制御部が決定した制御対象物の前記動作を示す動作情報と、前記制御機構から出力された出力信号とに基づいて、前記制御機構に対する制御信号を生成する制御モジュールと、
を備える制御対象物。 A control mechanism that controls the operation and
Control to generate a control signal for the control mechanism based on the operation information indicating the operation of the control object determined by the control unit of the control device according to claim 7 and the output signal output from the control mechanism. Module and
A controlled object that comprises.
測定情報取得部が、制御対象物に搭載されたセンサによって測定された測定位置情報であって、前記制御対象物の第1基準位置と面との位置関係を示す測定位置情報を取得し、
座標情報取得部が、前記制御対象物の外部座標を用いて前記制御対象物の第2基準位置を示す外部位置情報を取得し、
基準位置取得部が、複数の前記第1基準位置と前記第2基準位置との位置関係を示す基準相対位置情報を取得し、
制御部が、前記測定位置情報、前記外部位置情報、及び基準相対位置情報に基づいて、前記制御対象物の動作を決定する、
制御方法。 It is a method in the control device,
The measurement information acquisition unit acquires the measurement position information measured by the sensor mounted on the control object and indicates the positional relationship between the first reference position and the surface of the control object.
The coordinate information acquisition unit acquires the external position information indicating the second reference position of the controlled object by using the external coordinates of the controlled object.
The reference position acquisition unit acquires reference relative position information indicating the positional relationship between the plurality of first reference positions and the second reference position, and obtains reference relative position information.
The control unit determines the operation of the controlled object based on the measured position information, the external position information, and the reference relative position information.
Control method.
制御対象物に搭載されたセンサによって測定された測定位置情報であって、前記制御対象物の第1基準位置と面との位置関係を示す測定位置情報を取得する測定情報取得手段、
前記物の外部座標を用いて前記制御対象物の第2基準位置を示す外部位置情報を取得する座標情報取得手段、
複数の前記第1基準位置と前記第2基準位置との位置関係を示す基準相対位置情報を取得する基準位置取得手段、
前記測定位置情報、前記外部位置情報、及び基準相対位置情報に基づいて、前記制御対象物の動作を決定する制御手段、
として機能させるための制御プログラム。 Computer,
A measurement information acquisition means for acquiring measurement position information measured by a sensor mounted on a control object and indicating a positional relationship between a first reference position and a surface of the control object.
A coordinate information acquisition means for acquiring external position information indicating a second reference position of the controlled object using the external coordinates of the object.
A reference position acquisition means for acquiring reference relative position information indicating a positional relationship between a plurality of the first reference positions and the second reference position.
A control means for determining the operation of the controlled object based on the measured position information, the external position information, and the reference relative position information.
A control program to function as .
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