JP7260205B2 - 制御機器及び制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、２０１９年０１月０８日に中国専利局に提出された第２０１９１００１５６３３．２号の中国特許出願の優先権を主張し、この出願の内容はすべて参照により本開示に組み込まれる。
本出願は、航空機の分野に属し、例えば、航空機作業経路計画方法、制御装置及び制御機器に関する。

航空機は、作業地域に進入し、計画されたルートに従って作業する場合、離陸点から作業ルートの１番目のウエイポイントまで直線に沿って直接飛行することがよくある。このとき、地域の境界に木や電柱などの障害物があり、無人機に自律障害物回避の機能がないか、又は自律障害物回避の機能がよくない場合、それは、地域の境界での障害物と衝突しやすい。自律障害物回避機能が比較的良好であっても、自律障害物回避機能を実行して作業地域内に到達するために、比較的長い時間及び比較的大きな消費電力がかかる場合もある。着陸点の場合も同様である。

これに鑑みて、より効率的で安全な航空機の作業経路計画方法を提案することは、本出願で研究される主題である。

本出願は、航空機が安全且つ迅速に作業地域に進入できないという問題を解決するための、航空機作業経路計画方法、制御装置及び制御機器を提供する。

本出願は、航空機作業経路計画方法を提供する。この方法は、
駐機点、作業点及び安全点を取得するステップであって、前記安全点の周囲の安全距離範囲内に障害物がないステップと、
前記駐機点と安全点との間の第１経路、前記安全点と作業点との間の第２経路を計画して、前記駐機点と前記作業点との間の経路がスムーズな移行方式で前記安全点を経過するようにするステップとを含む。

前記方法は、第１経路上の第１補助点を取得するステップをさらに含む。前記第１補助点から前記安全点までの距離は、前記安全距離以下であり、第２経路上の前記安全点から前記作業点までの距離以下であり、前記第１補助点を接点とし、前記第１経路と第２経路を接線として、前記安全点に近接する円弧を第３経路として計画することで、第１経路と第２経路は前記第３経路を介して移行する。

前記駐機点は作業地域外に位置し、前記安全点は作業地域内に位置し、前記作業地域は、幾つかの境界により囲まれ、前記第１補助点から前記安全点までの距離は、前記安全点から前記第１経路が境界と交差する点までの距離以下である。

前記第３経路は、以下の少なくとも２つの方式で取得される。
前記安全点からの距離が前記第１補助点から前記安全点までの距離である第２経路上の第２補助点を取得し、第１補助点と第２補助点を接点とし、前記安全点に近接する円弧を第３経路として計画する。
又は、第１経路と第２経路の角の二等分線を取得し、前記第１経路における前記第１補助点を垂線の足する垂線が前記角の二等分線と交差する点を円心として、円心から前記第１補助点までの垂直の距離を半径とし、前記安全点に近接する円弧を第３経路として計画する。

前記第３経路の半径はｒ＝ｓ＊ｔａｎ（θ／２）であり、ｓは、前記第１経路上の第１補助点から前記安全点までの距離であり、θは、前記第１経路と第２経路との間の角であり、前記第３経路の半径ｒ≧１ｍである。

第１経路上の前記駐機点から前記第１補助点までの距離を第１速度制限距離として取得し、第２経路上の前記作業点から第３経路と第２経路の接点までの距離を第２速度制限距離として取得し、前記第１速度制限距離及び／又は第２速度制限距離は

以上であり、ωは、第３経路を通過する既知の角速度であり、ａは、既知の運転加速度の最大閾値であり、ｒは、第３経路の半径である。

前記駐機点は、離陸点又は着陸点である。

前記作業点は、作業タスク経路内の任意の点を含む。

スムーズな移行方式とは、安全点を通過する経路に転換点がないことを指す。

本出願は制御装置をさらに提供する。この制御装置は、取得モジュールと計画モジュールを含む。
前記取得モジュールは、駐機点、作業点及び安全点を取得し、前記安全点の周囲の安全距離範囲内には障害物がない。
前記計画モジュールは、前記駐機点と安全点との間の第１経路、前記安全点と作業点との間の第２経路を計画して、前記駐機点と前記作業点との間の経路がスムーズな移行方式で前記安全点を経過するようにする。
制御装置は次のことをさらに含む。前記計画モジュールは、第１経路上の第１補助点をさらに取得し、前記第１補助点から前記安全点までの距離は、前記安全距離以下であり、第２経路上の前記安全点から前記作業点までの距離以下であり、前記第１補助点を接点とし、前記第１経路と第２経路を接線として、前記安全点に近接する円弧を第３経路として計画することで、第１経路と第２経路は前記第３経路を介して移行する。

本出願は、航空機又は移動端末に配置される制御機器をさらに提供する。制御機器は、
１つ又は複数のプロセッサと、
メモリと、
１つ又は複数のアプリケーションプログラムと、を含み、前記１つ又は複数のアプリケーションプログラムは、前記メモリに記憶され、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行されるように配置され、前記１つ又は複数のプログラムは、前記航空機経路計画方法のステップを実行するために配置される。

前記駐機点は、ユーザが無人機を置く位置、又は計画された開始点若しくは着陸点であってもよい。
本出願の利点は以下のとおりである。
（１）本出願は、無人機航空機の飛行経路が安全点を介して移行するようにして、作業地域への安全な出入りを実現する。
（２）本出願の航空機は、第３経路で移行する経路に従って飛行することで、安全点で停止する必要がなく、航空機の飛行速度を向上させ、作業の適時性を向上させる。
（３）本出願の航空機は、安全点での停止を回避することができるので、作業目標への損害を回避する。
要約すると、本出願の航空機は、安全点を通って作業地域に出入りし、安全点で停止する必要がなく、円弧に沿って飛行し、飛行方向を円弧の接線方向に一致させるように飛行方向を変更しながら円弧において飛行し、その後、作業点に向けて飛行する。本出願は、作業の適時性を向上させることができる一方で、安全点の下方の作業目標に破壊作用を引き起こすことがない。

本出願のオプションの実施例１の経路計画方法の模式図である。 本出願のオプションで実施例２の経路計画方法の模式図である。 本出願のオプションの実施例３の経路計画方法の模式図である。 本出願のオプションの実施例の制御装置の構造ブロック図である。

以下では、図面及び実施例を参照しながら本出願を更に説明する。
本出願は、航空機が安全かつ迅速に作業境界を通過できないという関連技術における従来の問題を解決するために、航空機作業経路計画方法を開示する。具体的な方法は、Ｓ１００とＳ２００を含む。
Ｓ１００では、駐機点と作業点を取得し、安全点を取得する。前記安全点の周囲の安全距離範囲内に障害物がなく、即ち、安全距離以下の範囲内において、飛行に影響を与える障害物がなく、航空機が安全に飛行することが保証される。安全距離は、２ｍ、２．５ｍ、３ｍ、３．５ｍ、４ｍなどであってもよく、航空機の固有のパラメータ及び／又は環境条件に従って設定することができ、ここに制限がない。駐機点は、離陸点又は着陸点であり、飛行中に自動又は手動で判定された点であってもよく、静止時の点であってもよく、ここに制限がない。駐機点及び安全点は、作業地域内、又は作業地域外、又は作業地域の上にあってもよく、ここに制限がない。作業点は、作業タスク経路内の任意の点を含み、様々な作業タスクに応じて、リアルタイム又は事前に自動又は手動で計画及び確認することができる。作業地域が比較的大きく、連続的な作業が必要となる場合、作業点は、前回の作業の終点であり得る。このようにして、経路計画を迅速かつ自律的に実現することができる。通常、駐機点と作業点との間の経路に障害物がないことを保証することができないため、安全点を設定する。安全点の安全範囲内に障害物がない、即ち、飛行安全に影響を与える電柱、小丘、木の枝などの障害物がない。安全点の安全距離内にある限り、航空機は、障害物に遭遇することなく安全に飛行するか又は作業境界を通過することができ、計画された経路がより安全になる。

Ｓ２００では、前記駐機点と安全点との間の第１経路、前記安全点と作業点との間の第２経路を計画して、駐機点と安全点との間の経路がスムーズな移行方式で前記安全点を経過するようにする。
幾つかの実施例では、駐機点Ａ、安全点Ｂ、及び作業点Ｃの３つの点の間で直線飛行軌跡を形成するように経路を計画し、且つ、安全点の近くでスムーズに移行することによって、転換点のない計画された経路を作る。作業地域外の任意の駐機点Ａから安全点Ｂの近くに直線に飛行する。安全点Ｂの安全距離範囲内には障害物がない。次に、安全点Ｂの近くから計画されたルートの任意の作業点Ｃへ直線に飛行する。航空機がＡからＢへ飛行するとき、その速度が加速し、そしてゼロまで減速して、Ｂに到達する。航空機がＢからＣへ飛行するとき、その速度がゼロから加速する。このように計画された経路は、駐機点と作業点との間で安全点を通過することにより、無人機は、駐機点と作業点との間で第１経路及び第２経路に沿って飛行する（順に第１経路から第２経路まで、又は順に第２経路から第１経路まで）、作業境界を自律的かつ安全に通過することができる。なお、経路の計画中に、経路における障害物の情報を事前に設定することで、計画された飛行ルートに障害物がないことを確保し、飛行の安全性をさらに向上させることができる。

幾つかの実施例では、駐機点が作業地域外に位置し、作業地域が幾つかの境界によって囲まれる場合、安全点Ｂは、任意の境界からの距離が予め設定された以上であるように、作業地域内に位置することもできる。このようにして、安全点の位置は作業境界に接触しないことを保証することができ、航空機は、駐機点から安全点へ安全に飛行する経路で、未知の衝突事故を引き起こす未知の作業境界に触れないことを保証することができる。他の幾つかの実施例では、駐機点は、作業地域内に位置することができ、安全点も作業地域内に位置し、任意境界からの距離は予め設定された以上である。このようにして、航空機は、駐機点から安全点まで安全に飛行してから、安全点から作業点へ安全に飛行することを保証することができる。

安全点が作業地域内に位置する場合、安全点と任意の境界との間の距離は、予め設定された以上であり得る。これは、安全点と作業地域の任意の境界との距離が第１閾値以上であると理解できる。一般に、第１閾値は、１．５ｍ、２ｍ、３ｍ、３．５ｍ、又は４ｍなどを含み、航空機自体の固有のパラメータに従って設定することができ、航空機の胴体の半分が地域の境界に衝突しないことが保証される限り、ここに制限がない。また、安全点と駐機点の最も近い境界との間の距離は、第２閾値以上であり得る。第２閾値は、２．５ｍ、３ｍ、３．５ｍ、又は４ｍなどを含み、航空機が作業境界を安全に通過でき且つ方向を適切に変更できることが保証される限り、ここに制限がない。このようにして、航空機が駐機点から地域境界に安全に進入できることが保証される場合、安全点は、作業地域における作業地域の境界及び障害物から一定の距離をおいて設定される点である。駐機点と安全点との間の経路に障害物がない場合、航空機は、駐機点と安全点との間の飛行経路で作業境界を安全に通過し、他の任意の境界に衝突しないと同時に、安全点が作業地域内に位置するため、安全点から作業地域内の任意の作業点へ安全に飛行することができる。駐機点、作業地域の境界、障害物の情報に応じてリアルタイムで安全点を算出して、作業地域の境界を通過する際の安全性を保証することができる。

幾つかの実施例において、航空機は、安全点を通過する経路を安全に飛行することによって、駐機点から、安全点を通過して、作業点まで迅速かつ安全に到達することは、次のステップＳ３００をさらに含む。

Ｓ３００では、第１経路上の第１補助点を取得する。第１補助点から安全点までの距離は、安全距離以下であり、第２経路上の安全点から作業点までの距離以下である。第１補助点を接点とし、第１経路と第２経路を接線として、安全点に近接する円弧を第３経路として計画することで、第１経路と第２経路は第３経路を介してスムーズに移行する。このとき、駐機点と安全点との間の経路は依然として安全点を通過するが、違いは、このときの計画された経路は、安全点の近くとすることができ、安全点から外れるため、安全点を通過するときの経路に転移点がないことである。

計画された経路が安全点Ｂでスムーズに移行しない場合、安全点Ｂで回転して、ＡからＢへの飛行方向をＢからＣへの方向に変更する必要がある。安全点Ｂで数秒間の一時停止があり、つまり、離陸と着陸のたびにこれらの時間がかかる。広いフィールドの作業の場合、電源の制限のため、数回の作業がある。このとき、安全点でより多くの時間がかかり、作業の適時性が大幅に低下する。同時に、同一の作業地域では、一般的に、その安全点は固定されている。同一の安全点でのホバリング時間が長すぎると、航空機ブレードの高速回転によって形成される下向きの圧力風場は、その下方の作業対象の成長に影響を及ぼし、さらには破壊を引き起すことも可能である。簡潔に言えば、航空機は、離陸点から作業点へ飛行する途中に、安全点で一時停止し、安全点で回転して航空機の飛行方向を変更して、作業点へ飛行する。これは、作業の適時性に影響を与えると同時に、繰り返される複数回の停止のため、安全点の下方の作業対象に破壊的な影響を及ぼす。これに基づいて、第３経路を設計することにより、第１経路と第２経路との間の移行を実現するので、航空機が計画された経路上での迅速な飛行作業を実現し、作業の適時性が向上し、作業対象に害を与えることがない。

なお、安全点、駐機点と作業地域の位置関係にかかわらず、安全距離範囲内に障害物がなく、第１補助点から安全点までの距離が安全距離以下であり且つ第２経路上の安全点から作業点までの距離以下であれば、第３経路は無障害の領域にあることを保証することができ、駐機点から作業点までの経路で安全な飛行を実現することができる。一方で、第１補助点から安全点までの距離は、安全距離以下であり、第３経路が障害物のない安全距離内にあることを保証する。もう一方で、第１補助点から安全点までの距離は、第２経路上の安全点から作業点までの距離以下であり、それにより、第３経路と第２経路を効果的に移行させ、安全点から作業点までの距離が短すぎて移行が実現できないことを防止し、計画された経路の有効性を保証することができる。

幾つかの実施例では、駐機点は作業地域外に位置し、安全点は作業地域内に位置し、第１補助点から安全点までの距離は、安全点から第１経路が境界と交差する点までの距離以下である。それにより、第３経路は、作業境界と交差することなく作業地域内に位置することができ、飛行移行の安全性が向上する。駐機点が作業地域外に位置し、安全点が作業地域内に位置するとき、駐機点と安全点との間の第１経路は必ず作業境界と交差する。このとき、飛行の安全性を向上させるために、第１補助点を作業地域内に設定して、第３経路が作業境界と交差して未知の安全上の問題を引き起こすことを防止することができる。

第３経路は、次の少なくとも２つの方式で取得される。前記安全点からの距離が前記第１補助点から前記安全点までの距離である第２経路上の第２補助点を取得し、第１補助点と第２補助点を接点とし、前記安全点に近接する円弧を第３経路として計画する。又は、第１経路と第２経路の角の二等分線を取得し、前記第１経路における前記第１補助点を垂線の足としての垂線が前記角の二等分線と交差する点を円心として、円心から前記第１補助点までの垂直距離を半径とし、前記安全点に近接する円弧を第３経路として計画する。第３経路を確定する方法は、第３経路が作業地域内に位置することを保証できれば、これに限定されない。

第３経路の半径はｒ＝ｓ＊ｔａｎ（θ／２）であり、ｓは、第１経路上の第１補助点から安全点までの距離であり、θは、第１経路と第２経路との間の角であり、第３経路の半径ｒ≧１ｍである。ｒは、≧１．５ｍ又は≧２ｍ又は≧２．５ｍ又は≧３ｍなどであってもよい。ユーザは、作業のニーズ又は環境のニーズ又は航空機の性能に応じてｒを設定することができ、ここには制限がない。

第１経路上の駐機点から第１補助点までの距離を第１速度制限距離として取得し、第２経路上の作業点から第３経路と第２経路の接点までの距離を第２速度制限距離として取得する。第１速度制限距離及び／又は第２速度制限距離は

以上であり、ωは、第３経路を通過する既知の角速度であり、ａは、既知の運転加速度の最大閾値である。一般的な航空機は最大加速度を有するため、第１速度制限距離及び／又は第２速度制限距離は、短すぎて加速又は減速ができないことを防止するように制限する必要がある。

上記の作業経路計画方法によれば、航空機は、駐機点と作業点との間を第１経路、第３経路、第２経路飛行に沿って飛行して、迅速な飛行を実現する。安全点で停止する必要がなく、作業対象に害を与えることがない。なお、航空機は、第１経路、第３経路、第２経路に順に沿って、駐機点から作業点へ飛行してもよいし、第２経路、第３経路、第１経路に順に沿って作業点から駐機点へ飛行してもよい。第１経路と第２経路は第３経路を経由して移行することが保証される限り、離陸又は着陸に応じて調整することができ、ここに制限がない。

作業点は、前回の作業タスク経路の終点であってもよい。前回の作業タスク経路の終点を第２作業点として定義し、駐機点、安全点、第２作業点に従って経路を再計画し、新たな第１経路、第３経路、第２経路から第２作業点へ飛行して、連続作業を実現する。

本出願は制御装置をさらに提供する。図４に示すように、制御装置は、取得モジュールを含む。
前記取得モジュールは、駐機点、作業点及び安全点を取得するために使用される。前記安全点の周囲の安全距離範囲内に障害物がない。

予め記憶された障害物に基づいて安全点を得ることができ、又は、駐機点が作業地域外に位置する場合、駐機点、作業地域の境界に基づいて、作業地域内の安全点を得ることができる。なお、上記の駐機点、作業点、安全点、作業地域の境界、障害物などは、実際の位置情報又は地図の位置情報を含み、必要に応じて選択することができ、ここ制限がない。

制御装置は計画モジュールをさらに含む。前記計画モジュールは、駐機点と安全点との間の経路が安全点を通過するように、駐機点情報、作業点情報、及び安全点情報に従って、駐機点と安全点との間の第１経路、及び安全点と作業点との間の第２経路を計画する。

計画モジュールは、また、第３経路を計画し、第１経路上の第１補助点を取得する。第１補助点から安全点までの距離は、安全距離以下であり、第２経路上の安全点から作業点までの距離以下である。前記第１補助点を接点とし、前記第１経路と第２経路を接線として、前記安全点に近接する円弧を第３経路として計画することで、第１経路と第２経路は前記第３経路を介して移行する。

上記の制御装置により、駐機点、作業点、安全点情報を得た後、航空機の自律的な経路計画をリアルタイムで実現することができる。

本出願は、航空機又は移動端末に配置される制御機器をさらに提供する。この制御機器は、
１つ又は複数のプロセッサと、
メモリと、
１つ又は複数のアプリケーションプログラムと、を含む。前記１つ又は複数のアプリケーションプログラムは、前記メモリに記憶され、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行されるように配置され、前記１つ又は複数のプログラムは、前記航空機経路計画方法のステップを実行するために配置される。

上記の制御機器は、航空機又は移動端末に配置することができる。駐機点、作業点及び安全点情報を取得し、上記の方法に従って駐機点と作業点との間の経路を計画することによって、航空機上の飛行制御装置は、計画された経路に従って、航空機が計画された経路に従って飛行し作業するように制御する。なお、ここでの制御機器は、飛行制御機器やナビゲーション機器であってもよく、ここに制限がない。

以下では、具体的な実施例を参照しながら、作業経路計画方法を詳細に説明する。
本出願の第１実施例に係る経路計画方法の模式図である図１に示すように、駐機点Ａ、作業点Ｃ及び安全点Ｂを取得する。安全点Ｂの周囲の安全距離内に障害物がない。このとき、駐機点Ａ、作業点Ｃ及び安全点Ｂはいずれも作業地域内に位置することができる。

駐機点Ａと安全点Ｂとの間の第１経路ＡＢ、及び安全点Ｂと作業点Ｃとの間の第２経路ＢＣを計画する。

第１経路ＡＢ上の安全点Ｂから駐機点Ａまでの距離が安全距離以下である第１補助点Ｅを取得し、第１補助点Ｅを接点とし、第１経路ＡＢ及び第２経路ＢＣを接線として、安全点Ｂに近接する円弧を第３経路ＥＦ⌒（「ＥＦ⌒」は「⌒」の下に「ＥＦ」を記載、以下同じ）として計画し、ここで、円心がＯ１であり、Ｆ点が円弧の第２経路ＢＣに対応する接点、即ち、第２補助点である。それにより、第１経路と第２経路は、円弧を介してスムーズに移行する。このようにして、安全点Ｂの近くに第３経路を作成して、第１経路ＡＢと第２経路ＢＣを結ぶことができる。それにより、ＥＦ⌒に示すように、第１経路ＡＢと第２経路ＢＣはＢの近くでスムーズに移行し、第３経路は作業地域内に位置し、障害物に遭遇することがない。

具体的には、航空機は無人機であってもよい。飛行中に、無人機は、駐機点Ａから、第１経路、第３経路、第２経路に順に沿って前記作業点Ｃへ飛行して、迅速な飛行を実現する。具体的には、無人機が第３経路ＥＦ⌒に到達すると、航空機は、第３経路ＥＦ⌒に沿って飛行するとき、飛行中にヘディング角をリアルタイムで変更して、航空機の飛行方向を第３経路の接線方向に一致させ、第３経路を飛行しながら飛行方向を変更して、飛行方向を第３経路の接線方向に一致させ、その後、作業点へ飛行する。このようにして、無人機は、経路ＡＥＦ⌒Ｃに沿って飛行し、この経路上のどこでも停止する必要がない。

本出願の第２実施例に係る経路計画方法の模式図である図２に示すように、駐機点Ａ、作業点Ｃ及び安全点Ｂを取得する。駐機点Ａは作業地域外に位置する。作業地域は、幾つかの境界によって囲まれて形成される。安全点は作業地域内に位置する。

駐機点Ａと安全点Ｂとの間の第１経路ＡＢ、及び安全点Ｂと作業点Ｃとの間の第２経路ＢＣを計画する。

オプションで、安全点Ｂは、作業地域内に位置し、任意の境界との間の距離が予め設定された以上である。このとき、安全点Ｂと任意の境界との間の距離は第１閾値以上である。第１閾値は２．１ｍであり、又は、一時停止点Ａに最も近い最寄り境界との間の距離が第２閾値以上である。第２閾値は３．２ｍである。第１経路ＡＢに障害物がなく、作業境界を安全に通過することができる。

オプションで、第１経路ＡＢ上の安全点Ｂから駐機点Ａまでの距離が安全距離以下である第１補助点Ｍを取得し、第１補助点Ｍを接点とし、第１経路ＡＢ及び第２経路ＢＣを接線として、安全点Ｂに近接する円弧を第３経路ＭＮ⌒（「ＭＮ⌒」は「⌒」の下に「ＭＮ」を記載、以下同じ）として計画する。ここで、円心はＯ２であり、Ｎ点は、円弧の第２経路ＢＣに対応する接点、即ち、第２補助点である。それにより、第１経路と第２経路は、円弧を介してスムーズに移行する。このようにして、安全点Ｂの近くに第３経路を作成して、第１経路ＡＢと第２経路ＢＣを結ぶことができる。それにより、ＭＮ⌒に示すように、第１経路ＡＢと第２経路ＢＣはＢの近くでスムーズに移行し、第３経路は作業地域内に位置し、障害物に遭遇することがない。このようにして、第３経路が作業地域内に配置され、作業飛行の安全性が向上する。

具体的には、飛行中に、航空機は、駐機点Ａから、第１経路、第３経路、第２経路に順に沿って前記作業点Ｃへ飛行し、作業境界を安全に通過して、迅速な飛行を実現する。航空機が第３経路ＭＮ⌒に到達すると、航空機は、第３経路ＭＮ⌒に沿って飛行し、飛行中にヘディング角をリアルタイムで変更して航空機の飛行方向を第３経路の接線方向に一致させ、第３経路を飛行しながら飛行方向を変更して、飛行方向を第３経路の接線方向に一致させ、その後、作業点へ飛行する。このようにして、航空機は、経路ＡＭＮ⌒Ｃに沿って飛行し、この経路上のどこでも停止する必要がない。

本出願の第３実施例に係る経路計画方法の模式図である図３に示すように、このとき、駐機点Ａと安全点Ｂは作業地域外に位置し、安全点Ｂの周囲の安全距離内に障害物がない。

駐機点Ａと安全点Ｂとの間の第１経路ＡＢ、及び安全点Ｂと作業点Ｃとの間の第２経路ＢＣを計画する。このとき、第２経路上に障害物がなく、作業境界を安全に通過することができる。

第１経路ＡＢ上の安全点Ｂから駐機点Ａまでの距離が安全距離以下である第１補助点Ｐを取得し、第１補助点Ｐを接点とし、第１経路ＡＢ及び第２経路ＢＣを接線として、安全点Ｂに近接する円弧を第３経路ＰＱ⌒（「ＰＱ⌒」は「⌒」の下に「ＰＱ」を記載、以下同じ）として計画し、ここで、Ｑ点が円弧の第２経路ＢＣに対応する接点、即ち、第２補助点である。それにより、第１経路と第２経路は、円弧を介してスムーズに移行する。このようにして、安全点Ｂの近くに第３経路を作成して、第１経路ＡＢと第２経路ＢＣを結ぶことができる。それにより、ＰＱ⌒に示すように、第１経路ＡＢと第２経路ＢＣはＢの近くでスムーズに移行し、第３経路は作業地域内に位置し、障害物に遭遇することがない。

具体的には、飛行中に、航空機は、駐機点Ａから、第１経路、第３経路、第２経路に順に沿って、前記作業点Ｃへ飛行し、第２経路に沿って作業境界を通過し、迅速な飛行を実現する。航空機が第３経路ＰＱ⌒の開始点Ｐ又はＱに到達すると、航空機は、第３経路ＰＱ⌒に沿って飛行するとき、飛行中にヘディング角をリアルタイムで変更して、航空機の飛行方向を第３経路の接線方向に一致させ、第３経路を飛行しながら飛行方向を変更して、飛行方向を第３経路の接線方向に一致させ、その後、作業点へ飛行する。このようにして、航空機は経路ＡＰＱ⌒Ｃに沿って飛行し、この経路上のどこでも停止する必要がない。

以下では、実施例２に基づいて、第３経路の計画方法を詳細に説明する。
図２に示すように、本実施例において、第３経路ついては、まず安全点Ｂから第１補助点Ｍまでの距離に基づいて第２補助点Ｎを決定することで、第１補助点Ｍと第２補助点Ｎを接点として、安全点Ｂに近接する円弧を第３経路として計画することができる。又は、前記第３経路については、安全点Ｂを取得することで、ＡＢとＢＣの角の二等分線を作り、角の二等分線でＡＢとＢＣに接する半径ｒの円を作り、円がＡＢとＢＣに接する点を結び、第３経路としての円弧を形成する。

本実施例では、第１経路ＡＢ上の安全点Ｂから第１補助点Ｍまでの距離は予め設定された閾値より短い。具体的には、ＡＢは作業境界とＫで交差し、Ｍは、第１補助点Ｍが境界と接触しないように、ＫとＢの間に位置する必要がある第１補助点であるため、ＭＢ＝ｒ／ｔａｎ（θ／２）は≦ＫＢ、ｒ≦ＫＢ＊ｔａｎ（θ／２）である必要がある。ＫＢ＝３００、θ＝９０°である場合、ｒは、３００以下の任意の値である。ｒは、第３経路の半径であり、θは、ＡＢとＢＣの間の角である。

第２経路ＢＣは作業地域内に位置するため、Ｎは、安全点Ｂと作業点Ｃの間に配置する必要がある。第２経路ＢＣの距離は、安全点から第２補助点Ｎまでの距離、即ちＢＮの距離以上である。すなわち、ＢＮ＝ｒ／ｔａｎ（θ／２）、ＢＣ≧ｒ／ｔａｎ（θ／２）。ｒ≦ＢＣ＊ｔａｎ（θ／２）。ＢＣ＝１０００及びθ＝９０°とすると、ｔａｎ（θ／２）＝１、ＢＣ＊ｔａｎ（θ／２）＝１０００、ｒは、１０００以下の任意の値であり得る。ＢＣが大きいほど、ｒの選択の自由度が高くなる。

なお、凸形の作業地域の場合、ＢＣは完全に地域内に位置し、Ｂ又はＣ点と作業境界との間の距離を考慮する必要ななく、Ｎは作業地域内に位置する。凹形の作業地域の場合、円弧が作業地域内にあるか否かを確認するには、三角形ＭＢＮが地域内にあるか否かを確認するだけでよい。実際、この検証は凸形地域と凹形地域の両方に適用される。本出願の経路計画方法によれば、存在可能な障害物に遭遇しないように作業境界を安全に通過する経路を迅速に計画するこができる。

第３経路ＭＮ⌒を例にとると、飛行中、無人機は、駐機点Ａから第１補助点Ｍまで飛行し、その速度を０からｖｘまで加速し、次に、ω＊ｒまで減速しＭに到達し、角速度ω線速度ω＊ｒで第２補助点Ｎに到達し、Ｎ点での速度をω＊ｒから加速してから減速し、Ｃに到達する。ＮＣが比較的短い場合、ＮからＣ点まで到達するとき、無人機は、速度をω＊ｒから０まで直接減速する。別の実施例では、ｖｘ＝ω＊ｒの場合、Ａ点からＭ点まで加速するだけでよい。ωは航空機の角速度であり、ｖｘはその特定の運転速度である。

円弧半径ｒが小さいほど、安全点Ｂに近くなる。無人機の飛行速度が遅いほど、飛行時間が長くなる。ブレードにより作業対象に与える影響が大きいほど、安全点Ｂで停止して方向を変更する方式に近い。従って、第３経路の半径は、ｒ≧１ｍである。ｒの最小値の範囲はこれに限定されるものではなく、ｒ≧１．２ｍ、ｒ≧１．５ｍ、ｒ≧２ｍ、ｒ≧３ｍ、ｒ≧３．２ｍ、ｒ≧３．５ｍなどであってもよく、航空機のパラメータ特性に応じて設定することができる。駐機点Ａと安全点Ｂが固定されている場合でも、ここで、駐機点Ａは離陸点であり、離陸点と作業地域は変化せず、円弧半径ｒは変化せず、円弧は、毎回のタスクの作業点Ｃの変化に応じて変化するが、ブレードが作業対象に与える影響を軽減することができる。

第１経路ＡＢの距離とωが固定されている場合、ｒが大きいほど、安全点Ｂから第１補助点Ｍまでの距離ＢＭが大きくなり、駐機点Ａから第１補助点Ｍまでの距離、即ち、ＡＭが小さくなり、ω＊ｒが大きくなる。このとき、無人機は、短距離ＡＭ内でより大きなω＊ｒまで加速する必要がある。これには、無人機の加速時間が比較的短く、加速度が比較的大きい必要がある。例えば、ｖ＊ｖ－０＝２＊ａ１＊ｓ１、ｖ＝ω＊ｒ、ｓ１は、駐機点Ａから第１補助点までの距離ＡＭ、即ち、第１速度制限距離であり、ａ１は、第１経路上の加速度であり、ｖは運転速度であり、ｓ１＝ＡＢ－ｒ／ｔａｎ（θ／２）である。加速時間が不足しないように、最大加速度ａ１を既知の運転加速度の最大閾値に制限し、ｖ＊ｖ≦２＊ａ１＊ｓ１である。

安全点Ｂから作業点Ｃまでの距離、即ち、ＢＣ距離とωが固定されている場合、ｒが大きいほど、安全点Ｂから第２補助点Ｎまでの距離、即ち、ＢＮ距離が大きくなり、作業点Ｃから第２補助点Ｎまでの距離、即ち、ＮＣ距離が小さくなる。このとき、無人機は、比較的短いＮＣ距離内でω＊ｒから０まで減速する必要がある。これには、航空機の減速時間が比較的短く、絶対加速度が比較的大きい必要がある。例えば、０－ｖ＊ｖ＝－２＊ａ２＊ｓ２、ｖ＝ω＊ｒ、ｓ２は、ＮＣ間の距離、即ち、第２速度制限距離であり、ａ２は第２経路上の加速度であり、ｓ２＝ＢＣ－ｒ／ｔａｎ（θ／２）である。減速時間が不足しないように、最大加速度ａ２を既知の運転加速度の最大閾値に制限し、ｖ＊ｖ≦２＊ａ２＊ｓ２である。

ａ１とａ２は同じ値でも異なる値でもよく、ユーザにより必要に応じて設定することができ、ここに制限がない。

要約すると、半径ｒ≧１ｍの場合、飛行速度が遅すぎてブレードが作業対象に大きな影響を与えるのを防止するために、安全点を通過するのに十分に大きな弧度があることを保証し、安全点で停止しすぎないように飛行速度が十分に速いことを保証する。半径ｒ≦

の場合、加速又は減速の時間を保証する。ｓは、ｓ１又はｓ２ｍ又はその重み付平均値であり得、ａは、ａ１又はａ２又はその重み付平均値であり得る。同時に、第３経路の安全性及び計画性可能性を保証するために、ｒ≦ＫＢ＊ｔａｎ（θ／２）とＢＣ＊ｔａｎ（θ／２）にする必要がある。

本実施例では、第３経路の半径ｒの最大値を確認するために、次の考慮事項がある。
１．ｒ≦ＢＣ＊ｔａｎ（θ／２）の場合、ＮがＢとＣの間にあることを保証する。
２．ｒ≦ＫＢ＊ｔａｎ（θ／２）の場合、ＭがＫとＢの間にあることを保証する。
３．ｒ＊ｒ≦２＊ａ１＊ｓ１／ω^２の場合、航空機が十分な加速時間を有することを保証する。
４．ｒ＊ｒ≦２＊ａ２＊ｓ２／ω^２の場合、航空機が十分な減速時間を有することを保証する。

ａ１とａ２は同じでも異なってもよい。加速度が速いほど、その加速度を発生するために無人機のピッチ角が大きくなるため、プロペラによって発生する力も大きくなり、モーターが回転する必要がある速度も速くなる。短時間でモーターとエネルギーの需要に影響を及ぼす。従って、効率的で省エネルギーの安全な作業を保証するために、加速度の最大閾値を制限する。

上記の幾つかの条件のうちの最小値を選択して、第３経路の半径ｒの最大値を限定して、半径を選択することができ、また、上記の各条件を満たす半径ｒを選択することもできるが、ここに制限がない。上記の条件を同時に満たす限り、ユーザは作業のニーズに応じて設定することができる。

本出願の経路計画方法は、駐機点、安全点及び作業点に応じて安全な運転経路を決定し、安全点の近くに、駐機点と安全点の航路、及び安全点と作業点点の航路を結ぶ新たなルートを計画することで、駐機点から作業点までの経路の途中で停止しないことを実現でき、飛行方向を変更するときに飛行速度をω＊ｒ以上に維持することができ、航空機の飛行速度を向上させ、飛行の適時性を改善し、同時に、航空機が安全点に停止することにより作業対象に害を与えることを防止する。

なお、作業点Ｃは作業タスクの第１の作業点であってもよいし、作業タスクの航路上の任意の作業点であってもよい。無人機は、離陸時に、駐機点Ａ、安全点Ｂ及び作業点Ｃに応じて、経路をリアルタイムで計画し、毎回の離着陸、及び作業タスクにおける突然の離着陸に応じて、安全に作業地域に出入りする完全に自律的なルートを実現することができる。

また、経路計画は、航空機の安全な離陸又は安全な着陸に対応することができる。航空機は、現在の飛行軌跡に従って経路をリアルタイムで計画する。安全に離陸する場合、駐機点は離陸点である。このとき、無人機は、離陸点から、第１経路、第３経路、第２経路に沿って、安全点を通過して、作業点に到達する。安全に着陸する場合、駐機点は着陸点である。このとき、無人機は、作業点から、第２経路、第３経路、第１経路に沿って、安全点を通過して、着陸点に到達し、安全で迅速な飛行を実現する。このとき、安全点を通過することは、実際に安全点を通過するのではなく、安全点の近くの位置を通過することである。

なお、実際の適用では、駐機点Ａと作業地域の境界、駐機点Ａと安全距離、又は駐機点Ａ、作業点Ｃ及び安全距離を決定した後、安全点Ｂの位置を決定することができる。その後、円弧半径ｒの設定に従って、必要に応じて、作業地域に迅速に進入する経路をリアルタイムで計画することができ、手動による介入の必要がなく、完全に自律的で安全で迅速な飛行作業を実現することができる。

本出願では、安全点及び安全点に基づいて作業経路を計画することによって、作業境界に安全で迅速に出入りすることが実現され、航空機の飛行作業がより効率的かつ自動化され、作業対象に害を与えることがなく、作業対象の成長環境が保証される。

Claims (8)

1. 航空機又は移動端末に配置される制御機器であって、
   １つ又は複数のプロセッサと、
   メモリと、
   １つ又は複数のアプリケーションプログラムと、を含み、
   前記１つ又は複数のアプリケーションプログラムは、前記メモリに記憶され、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行されるように配置され、前記１つ又は複数のプログラムは、
   駐機点、作業点及び安全点を取得するステップであって、前記安全点の周囲の安全距離範囲内に障害物がないステップと、
   前記駐機点と安全点との間の第１経路、前記安全点と作業点との間の第２経路を作成して、前記駐機点と前記作業点との間の経路がスムーズな移行方式で前記安全点を経過するようにするステップと、
   第１経路上の第１補助点を取得するステップと、を含むステップを実行するために配置され、
   前記第１補助点から前記安全点までの距離は、前記安全距離以下で且つ第２経路上の前記安全点から前記作業点までの距離以下であり、前記第１補助点を接点とし、前記第１経路と第２経路を接線として、前記安全点に近接する円弧を第３経路として作成することで、第１経路と第２経路は前記第３経路を介して移行する、制御機器。
2. 前記駐機点は作業地域外に位置し、前記安全点は作業地域内に位置し、前記作業地域は、幾つかの境界により囲まれ、前記第１補助点から前記安全点までの距離は、前記安全点から前記第１経路が境界と交差する点までの距離以下である、
   請求項１に記載の制御機器。
3. 前記第３経路は、少なくとも以下の２つの方式、すなわち、
   前記安全点からの距離が前記第１補助点から前記安全点までの距離である第２経路上の第２補助点を取得し、第１補助点と第２補助点を接点とし、前記安全点に近接する円弧を第３経路として作成すること、
   又は、第１経路と第２経路の角の二等分線を取得し、前記第１経路上の前記第１補助点を垂線の足とする垂線が前記角の二等分線と交差する点を円心として、円心から前記第１補助点までの垂直の距離を半径とし、前記安全点に近接する円弧を第３経路として作成すること、
   で取得される請求項１に記載の制御機器。
4. 前記第３経路の半径はｒ＝ｓ＊ｔａｎ（θ／２）であり、ｓは、前記第１経路上の第１補助点から前記安全点までの距離であり、θは、前記第１経路と第２経路との間の角であり、前記第３経路の半径ｒ≧１ｍである、請求項１に記載の制御機器。
5. 第１経路上の前記駐機点から前記第１補助点までの距離を第１速度制限距離として取得し、第２経路上の前記作業点から第３経路と第２経路の接点までの距離を第２速度制限距離として取得し、前記第１速度制限距離及び／又は第２速度制限距離は
   

   

   以上であり、ωは、第３経路を通過する既知の角速度であり、ａは、既知の運転加速度の最大閾値であり、ｒは、第３経路の半径である、請求項１に記載の制御機器。
6. 前記駐機点は、離陸点又は着陸点である、請求項１に記載の制御機器。
7. 前記作業点は、作業タスク経路内の任意の点を含む、請求項１に記載の制御機器。
8. 取得モジュールと計画モジュールとを含む制御装置であって、
   前記取得モジュールは、駐機点、作業点及び安全点を取得し、前記安全点の周囲の安全距離範囲内に障害物がなく、
   前記計画モジュールは、前記駐機点と安全点との間の第１経路、前記安全点と作業点との間の第２経路を作成して、前記駐機点と前記作業点との間の経路がスムーズな移行方式で前記安全点を経過するようにし、
   前記計画モジュールは、第１経路上の第１補助点をさらに取得し、前記第１補助点から前記安全点までの距離は、前記安全距離以下であり、第２経路上の前記安全点から前記作業点までの距離以下であり、前記第１補助点を接点とし、前記第１経路と第２経路を接線として、前記安全点に近接する円弧を第３経路として作成することで、第１経路と第２経路は前記第３経路を介して移行する、制御装置。

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