JP7333565B1 - Aircraft and method of controlling the aircraft - Google Patents

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Abstract

【課題】GNSS環境と非GNSS環境を移動する場合でも安定して飛行させることができる飛行体および飛行体の制御方法を提供する【解決手段】飛行体UAVの位置情報に基づいて自律飛行する飛行体UAVの制御方法であって、飛行体UAVは、RTK-GNSS測位機能と、センサ測位機能と、測域機能と、方位取得機能と、これらの情報に基づいて飛行体の飛行を制御する飛行制御機能と、を有する制御部Cを備えており、RTK-GNSS測位機能およびセンサ測位機能による飛行体UAVの位置の把握を制御部Cが常時実施し、RTK-GNSS測位機能がFIX解を得た場合には、制御部Cは前記RTK-GNSS測位機能から得られる飛行体UAVの位置情報に基づいて飛行体の飛行を制御し、RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られない場合には、制御部Cはセンサ測位機能から得られる制御部Cの位置情報に基づいて飛行体の飛行を制御する。【選択図】図1[Problem] To provide a flying object and a control method for the flying object that can fly stably even when moving between GNSS and non-GNSS environments. [Solution] A flight that autonomously flies based on position information of the flying object UAV. A method for controlling an aircraft UAV, wherein the aircraft UAV has an RTK-GNSS positioning function, a sensor positioning function, a range measurement function, a direction acquisition function, and a flight control method for controlling the flight of the aircraft based on these information. The control unit C constantly grasps the position of the flying object UAV using the RTK-GNSS positioning function and the sensor positioning function, and the RTK-GNSS positioning function obtains a FIX solution. In this case, the control unit C controls the flight of the aircraft based on the position information of the aircraft UAV obtained from the RTK-GNSS positioning function, and when the RTK-GNSS positioning function cannot obtain a FIX solution, , the control unit C controls the flight of the aircraft based on the position information of the control unit C obtained from the sensor positioning function. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、飛行体および飛行体の制御方法に関する。 The present invention relates to an aircraft and a control method for the aircraft.

近年、橋梁、構造物等(以下これらを構造物等という場合がある)の点検に小型無人航空機が使用されている。例えば、構造物等のひび割れや塗装剥離等の点検にも小型無人航空機は使用されている。また、小型無人航空機はインフラ構造物の健全度評価にも使用されている。例えば、マルチコプターに搭載した撮影装置(例えば、デジタルカメラや赤外線カメラ等)を使用して撮影した画像から3Dモデルおよび展開(オルソ)画像を作成することが行われている。かかる3Dモデルおよび展開(オルソ)画像が作成できれば、インフラ構造物の点検作業の効率化や点検の高精度化が可能になる。 In recent years, small unmanned aerial vehicles have been used to inspect bridges, structures, etc. (hereinafter these may be referred to as structures, etc.). For example, small unmanned aerial vehicles are also used to inspect structures for cracks and paint peeling. Small unmanned aerial vehicles are also used to assess the health of infrastructure structures. For example, a 3D model and a developed (orthorectified) image are created from images captured using an imaging device (for example, a digital camera, an infrared camera, etc.) mounted on a multicopter. If such a 3D model and developed (ortho) image can be created, it will be possible to improve the efficiency and accuracy of inspection work for infrastructure structures.

このような小型無人航空機を利用した点検において、自律飛行による点検を行うことが検討されており、制御装置を搭載した小型無人航空機の開発、実用化が進められている。自律飛行制御装置を搭載した小型無人航空機(以下では単に自律飛行小型無人航空機という)では、汎地球航法衛星システム(Global Navigation Satellite System:GNSS)と連携して自己の現在位置の把握を行い、目的位置まで自律的に到達するように自律飛行制御が行われている。このような自律飛行小型無人航空機を橋梁、構造物等の点検に使用する場合、高精度で点検位置を把握することが必要であるが、GNSSを利用しても単独測位を行う方法では位置を推定する精度に十m程度の誤差が生じる。このため、橋梁、構造物等の点検では、cmオーダー位置推定精度を有する、RTK-GNSS測位方式を採用した自律飛行小型無人航空機を使用する必要がある。 In inspections using such small unmanned aerial vehicles, inspections by autonomous flight are being considered, and small unmanned aerial vehicles equipped with control devices are being developed and put into practical use. A small unmanned aerial vehicle equipped with an autonomous flight control device (hereinafter simply referred to as an autonomous flying small unmanned aerial vehicle) grasps its current position in cooperation with the Global Navigation Satellite System (GNSS), and aims Autonomous flight control is performed so as to autonomously reach the position. When using such autonomous flying small unmanned aerial vehicles for inspection of bridges, structures, etc., it is necessary to grasp the inspection position with high accuracy. An error of about ten meters occurs in the estimated accuracy. Therefore, when inspecting bridges, structures, etc., it is necessary to use an autonomously flying small unmanned aerial vehicle that employs the RTK-GNSS positioning method and has cm-order position estimation accuracy.

また、RTK-GNSS測位方式では、4個以上のGNSS衛星からの発信された電波と基準局からの信号に基づいて自律飛行小型無人航空機は自己の位置を把握するため、GNSS衛星から受信できる電波の強度が弱い場合や4個以上のGNSS衛星からの電波を受信できない場合、基準局からの信号が得られない場合等には、自律飛行小型無人航空機は自己の位置を把握できなくなる。例えば、上述した橋梁等の構造物等において点検を行う場所として、橋梁などの下方の場所や構造物等の壁面に囲まれた場所などが含まれる場合には、GNSS衛星からの電波が届かず、GNSSを利用した自己の位置を把握ができなくなる可能がある。すると、自律飛行小型無人航空機は自己の位置を正確に把握できなくなるので、点検の精度が低下したり点検ができなかったりする可能性がある。 In addition, in the RTK-GNSS positioning method, the autonomous flying small unmanned aerial vehicle grasps its own position based on the radio waves emitted from four or more GNSS satellites and the signals from the reference station. When the strength is weak, when radio waves from four or more GNSS satellites cannot be received, when signals from the reference station cannot be obtained, etc., the autonomous flying small unmanned aerial vehicle cannot grasp its own position. For example, if the above-mentioned structures, such as bridges, are to be inspected, if there are places below the bridge or places surrounded by walls of the structure, etc., the radio waves from the GNSS satellite cannot reach them. , it may become impossible to grasp its own position using GNSS. As a result, the autonomously flying small unmanned aerial vehicle cannot accurately determine its own position, so there is a possibility that the accuracy of the inspection will be lowered or that the inspection will not be possible.

そこで、自律飛行小型無人航空機において、自己の位置を把握する際に、RTK-GNSS測位方式により自己の位置を把握する測位モード(RTK-GNSS測位モード)と、カメラによって撮影された画像や加速度センサ等を利用して自己の位置を把握する測位モード(センサ測位モード)と、を切り換える技術も開発されている(例えば特許文献1~4、非特許文献1参照)。具体的には、RTK-GNSS測位方式を利用して自己の位置把握ができる環境(以下、GNSS環境という場合がある)ではRTK-GNSS測位モードにより自己の位置を把握し、RTK-GNSS測位方式では自己の位置の把握ができない環境(以下、非GNSS環境という場合がある)ではセンサ測位モードで自己の位置を把握する技術が開発されている。また、非特許文献1には、RTK-GNSS測位解を利用して、自律飛行小型無人航空機がGNSS環境と非GNSS環境のいずれの状態にあるかを判断して測位モードの切替えを行うことも開示されている。 Therefore, in an autonomous flying small unmanned aerial vehicle, when grasping its own position, there is a positioning mode (RTK-GNSS positioning mode) that grasps its own position by the RTK-GNSS positioning method, and an image taken by a camera and an acceleration sensor Techniques for switching between a positioning mode (sensor positioning mode) for grasping the position of oneself using a sensor, etc. have also been developed (see Patent Documents 1 to 4 and Non-Patent Document 1, for example). Specifically, in an environment where one's own position can be grasped using the RTK-GNSS positioning method (hereinafter sometimes referred to as a GNSS environment), one's position is grasped by the RTK-GNSS positioning mode, and the RTK-GNSS positioning method is used. In an environment where self-position cannot be grasped (hereinafter sometimes referred to as a non-GNSS environment), a technique for grasping self-position in a sensor positioning mode has been developed. In addition, in Non-Patent Document 1, RTK-GNSS positioning solution is used to determine whether the autonomous flying small unmanned aerial vehicle is in a GNSS environment or a non-GNSS environment, and to switch the positioning mode. disclosed.

特開2016-111414号公報JP 2016-111414 A 特開2018-156660号公報JP 2018-156660 A 特開2021-157493号公報JP 2021-157493 A 特開2021-157494号公報JP 2021-157494 A

齋藤一葉他、“測位モードに切換えにRTK-GNSS測位解を利用した屋内外シームレス測位”、日本写真測量学会年次講演会発表論文集、2022年5月Ichiyo Saito et al., “Seamless Indoor/Outdoor Positioning Using RTK-GNSS Positioning Solution for Switching to Positioning Mode”, Proceedings of Annual Conference of Japan Photogrammetry Society, May 2022

しかるに、GNSS環境と非GNSS環境との間を自律飛行小型無人航空機が移動する際に、RTK-GNSS測位モードより把握される自己の位置とセンサ測位モードにおいて把握される自己の位置との間のズレが生じると、測位モードが切り替わった際に、自律飛行小型無人航空機の移動に異常が生じる可能性がある。例えば、センサ測位モードでは、初期状態では自律飛行小型無人航空機の絶対座標系における自己の位置とセンサ測位モードで把握される絶対座標系における自己の位置とが一致していても、一定時間経過すると累積誤差が蓄積されて、自律飛行小型無人航空機の絶対座標系における自己の位置とセンサ測位モードで把握される絶対座標系における自己の位置との間にずれが生じる。累積誤差が蓄積された状態でセンサ測位モードからRTK-GNSS測位モードに切り替わると、自律飛行小型無人航空機のフライトコントローラは、RTK-GNSS測位モードで把握される絶対座標系における位置まで小型無人航空機を移動させようとするので、急激に位置を変更しようとして小型無人航空機が異常な移動をする可能性があり、悪くすると小型無人航空機が墜落してしまう恐れもある。 However, when the autonomously flying small unmanned aerial vehicle moves between the GNSS environment and the non-GNSS environment, there is a difference between the own position grasped by the RTK-GNSS positioning mode and the self position grasped by the sensor positioning mode. If there is a deviation, there is a possibility that an abnormality will occur in the movement of the autonomous flying small unmanned aerial vehicle when the positioning mode is switched. For example, in the sensor positioning mode, even if the self-position in the absolute coordinate system of the autonomous flying small unmanned aerial vehicle and the self-position in the absolute coordinate system grasped in the sensor positioning mode match in the initial state, after a certain period of time has passed, Accumulated errors result in deviations between the self-position in the absolute coordinate system of the autonomously flying small unmanned aerial vehicle and the self-position in the absolute coordinate system ascertained in the sensor positioning mode. When switching from the sensor positioning mode to the RTK-GNSS positioning mode with the cumulative error accumulated, the flight controller of the autonomous flying small unmanned aerial vehicle flies the small unmanned aerial vehicle to the position in the absolute coordinate system grasped in the RTK-GNSS positioning mode. Since it is trying to move, there is a possibility that the small unmanned aerial vehicle will move abnormally due to the sudden change in position, and in the worst case, the small unmanned aerial vehicle may crash.

本発明は上記事情に鑑み、GNSS環境と非GNSS環境を移動する場合でも安定して飛行させることができる飛行体および飛行体の制御方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a flying object capable of stably flying even when moving between a GNSS environment and a non-GNSS environment, and a control method for the flying object.

<飛行体の制御方法>
第1発明の飛行体の制御方法は、 飛行体の位置情報に基づいて所定の飛行ルートに沿って自律飛行する飛行体の制御方法であって、飛行体は、GNSS衛星信号に基づいてRTK-GNSS測位により飛行体の位置を推定するRTK-GNSS測位機能と、飛行体に搭載された光学センサによる測位により飛行体の位置を推定するセンサ測位機能と、飛行体に搭載された光学センサにより周囲の物体との距離を測定する測域機能と、飛行体に搭載された磁気方位センサよって飛行体の機首方向を推定する方位取得機能と、前記RTK-GNSS測位機能または前記センサ測位機能により得られた飛行体の位置情報と、前記測域機能により得られた距離情報と、前記方位取得機能により得られた機首方向情報と、に基づいて飛行体の飛行を制御する飛行制御機能と、を有する制御部を備えており、前記RTK-GNSS測位機能および前記センサ測位機能は、いずれもNMEAフォーマットにより前記飛行制御機能に対して飛行体の位置情報を提供する機能を有しており、前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得た場合には、前記制御部の飛行制御機能は前記RTK-GNSS測位機能から得られる飛行体の位置情報に基づいて飛行体の飛行を制御し、前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られない場合には、前記制御部の飛行制御機能は前記センサ測位機能から得られる飛行体の位置情報に基づいて飛行体の飛行を制御し、前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られるGNSS環境から前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られない非GNSS環境に移行する際には、前記制御部の飛行制御機能は、前記センサ測位機能における測定原点として前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られない状況となる直前に前記RTK-GNSS測位機能で取得された位置を適用して、前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られなくなったタイミングで前記センサ測位機能から得られる飛行体の位置情報に基づいて飛行体の飛行を制御する状態に短時間で移行し、前記GNSS測位機能がFIX解を得られない非GNSS環境から前記GNSS測位機能がFIX解を得られるGNSS環境に移行する際には、前記制御部の飛行制御機能は、前記GNSS測位機能がFIX解を得られる状況となる直前に前記センサ測位機能が推定した絶対座標系における飛行体の位置と前記GNSS測位機能で推定された飛行体の絶対座標系における位置との差を一定の時間をかけて解消するように前記センサ測位機能が推定した絶対座標系における飛行体の位置を調整することを特徴とする。
第2発明の飛行体の制御方法は、第1発明において前記光学センサが、飛行体の前後方向、左右方向および上下方向をそれぞれ撮影する6つのIMUステレオカメラを備えており、前記センサ測位機能は、Visual Odometryにより、6つのIMUステレオカメラの情報に基づいてそれぞれ飛行体の位置を推定し、推定した複数の飛行体の位置の中央値に基づいて飛行体の位置を推定することを特徴とする。
第3発明の飛行体の制御方法は、第2発明において、前記制御部は、飛行体の位置推定に使用するIMUステレオカメラの信号を飛行体の飛行シーンにあわせて変更するカメラ選択機能を有しており、該カメラ選択機能は、GNSS環境においては、前後方向および左右方向を撮影するIMUステレオカメラの情報に基づいて得られる飛行体の位置に基づいて飛行体の位置を推定し、非GNSS環境においては、6つの飛行体の位置の推定において、上下を撮影するIMUステレオカメラの情報に基づいて得られる飛行体の位置の重みを大きくして飛行体の位置を推定することを特徴とする。
<飛行体>
第4発明の飛行体は、機体と、該機体に設けられた推進ロータと、GNSS衛星信号を受信するGNSS受信機と、前記機体の周囲の状況を測定する光学センサと、前記GNSS受信機が受信するGNSS衛星信号および/または前記光学センサが取得する情報に基づいて、前記推進ロータの作動を制御して前記機体の自律飛行を制御する制御部と、を備え、該制御部は、前記GNSS受信機が受信するGNSS衛星信号に基づいてRTK-GNSS測位により前記機体の位置を推定するRTK-GNSS測位機能と、前記機体に搭載された光学センサによる測位により該機体の位置を推定するセンサ測位機能と、前記機体に搭載された光学センサにより周囲の物体との距離を測定する測域機能と、前記機体に搭載された磁気方位センサよって飛行体の機首方向を推定する方位取得機能と、前記RTK-GNSS測位機能または前記センサ測位機能により得られた前記機体の位置情報と、前記測域機能により得られた距離情報と、前記方位取得機能により得られた機首方向情報と、に基づいて該機体の飛行を制御する飛行制御機能と、を備えており、前記RTK-GNSS測位機能および前記センサ測位機能は、いずれもNMEAフォーマットにより前記飛行制御機能に対して飛行体の位置情報を提供する機能を有しており、前記制御部は、前記RTK-GNSS測位機能および前記センサ測位機能による前記機体の位置の把握を常時実施し、前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得た場合には、前記制御部は前記RTK-GNSS測位機能から得られる前記機体の位置情報に基づいて前記機体の飛行を制御し、前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られない場合には、前記制御部は前記センサ測位機能から得られる前記機体の位置情報に基づいて前記機体の飛行を制御する機能を有しており、前記制御部の飛行制御機能は、前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られるGNSS環境から前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られない非GNSS環境に移行する際には、前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られなくなったタイミングで、前記センサ測位機能から得られる前記機体の位置情報に基づいて該機体の飛行を制御する状態に移行する機能と、前記GNSS測位機能がFIX解を得られない非GNSS環境から前記GNSS測位機能がFIX解を得られるGNSS環境に移行する際には、前記GNSS測位機能がFIX解を得られる状況となる直前に前記センサ測位機能が推定した絶対座標系における飛行体の位置と前記GNSS測位機能で推定された飛行体の絶対座標系における位置との差を一定の時間をかけて解消するように前記センサ測位機能が推定した絶対座標系における飛行体の位置を調整する機能と、を有していることを特徴とする。
第5発明の飛行体の制御方法は、第4発明において、前記光学センサが、飛行体の前後方向、左右方向および上下方向をそれぞれ撮影する6つのIMUステレオカメラを備えており、前記センサ測位機能は、Visual Odometryにより、6つのIMUステレオカメラの情報に基づいてそれぞれ飛行体の位置を推定し、推定した複数の飛行体の位置の中央値に基づいて飛行体の位置を推定することを特徴とする。
第6発明の飛行体の制御方法は、第5発明において、前記制御部は、飛行体の位置推定に使用するIMUステレオカメラの信号を飛行体の飛行シーンにあわせて変更するカメラ選択機能を有しており、該カメラ選択機能は、GNSS環境においては、前後方向および左右方向を撮影するIMUステレオカメラの情報に基づいて得られる飛行体の位置に基づいて飛行体の位置を推定し、非GNSS環境においては、6つの飛行体の位置の推定において、上下を撮影するIMUステレオカメラの情報に基づいて得られる飛行体の位置の重みを大きくして飛行体の位置を推定する機能を有していることを特徴とする。
<Control method of flying object>
A control method for a flying object according to a first aspect of the invention is a method for controlling a flying object that autonomously flies along a predetermined flight route based on position information of the flying object , wherein the flying object controls RTK-1 based on GNSS satellite signals. RTK-GNSS positioning function that estimates the position of the flying object by GNSS positioning, sensor positioning function that estimates the position of the flying object by positioning with the optical sensor mounted on the flying object, and the optical sensor mounted on the flying object A range finding function for measuring the distance to an object, a direction acquisition function for estimating the nose direction of the aircraft by a magnetic direction sensor mounted on the aircraft, and the RTK-GNSS positioning function or the sensor positioning function. a flight control function for controlling the flight of the aircraft based on the obtained position information of the aircraft, the distance information obtained by the range finding function, and the nose direction information obtained by the heading acquisition function; and the RTK-GNSS positioning function and the sensor positioning function both have a function of providing position information of the flying object to the flight control function in the NMEA format, When the RTK-GNSS positioning function obtains a FIX solution, the flight control function of the control unit controls the flight of the aircraft based on the position information of the aircraft obtained from the RTK-GNSS positioning function, and the RTK - if the GNSS positioning function cannot obtain a FIX solution, the flight control function of said control unit controls the flight of the aircraft based on the position information of the aircraft obtained from said sensor positioning function , and said RTK-GNSS; When transitioning from a GNSS environment in which the positioning function can obtain FIX solutions to a non-GNSS environment in which the RTK-GNSS positioning function cannot obtain FIX solutions, the flight control function of the control unit changes the measurement origin in the sensor positioning function. The timing at which the RTK-GNSS positioning function can no longer obtain a FIX solution by applying the position acquired by the RTK-GNSS positioning function immediately before the RTK-GNSS positioning function cannot obtain a FIX solution. In a short time, the flight of the aircraft is controlled based on the position information of the aircraft obtained from the sensor positioning function, and the GNSS positioning function is moved from a non-GNSS environment in which the GNSS positioning function cannot obtain a FIX solution. in the absolute coordinate system estimated by the sensor positioning function just before the GNSS positioning function can obtain the FIX solution. The position of the flying object in the absolute coordinate system estimated by the sensor positioning function so as to eliminate the difference between the position of the flying object and the position of the flying object in the absolute coordinate system estimated by the GNSS positioning function over a certain period of time. is characterized by adjusting the
A flying object control method according to a second invention is the flying object control method according to the first invention , wherein the optical sensor comprises six IMU stereo cameras for capturing images in the longitudinal direction, the lateral direction, and the vertical direction of the flying object, respectively; The function is characterized by estimating the position of each flying object based on the information of six IMU stereo cameras by Visual Odometry, and estimating the position of the flying object based on the median value of the estimated positions of multiple flying objects. and
A flying object control method according to a third aspect of the invention is the method according to the second aspect, wherein the control unit has a camera selection function for changing the signal of the IMU stereo camera used for estimating the position of the flying object in accordance with the flight scene of the flying object. In the GNSS environment, the camera selection function estimates the position of the flying object based on the position of the flying object obtained based on the information of the IMU stereo camera that shoots in the front-back direction and the left-right direction, and estimates the position of the flying object in a non-GNSS environment. In the environment, in estimating the position of six flying objects, the position of the flying object is estimated by increasing the weight of the position of the flying object obtained based on the information of the IMU stereo camera that shoots up and down. .
<Aircraft>
An aircraft according to a fourth aspect of the invention comprises an airframe, a propulsion rotor provided in the airframe, a GNSS receiver for receiving GNSS satellite signals, an optical sensor for measuring conditions around the airframe, and the GNSS receiver. a controller for controlling the operation of the propulsion rotors to control autonomous flight of the vehicle based on received GNSS satellite signals and/or information obtained by the optical sensors, wherein the controller controls the GNSS; RTK-GNSS positioning function for estimating the position of the aircraft by RTK-GNSS positioning based on GNSS satellite signals received by the receiver, and sensor positioning for estimating the position of the aircraft by positioning by the optical sensor mounted on the aircraft. a range finding function for measuring the distance to surrounding objects using an optical sensor mounted on the airframe; and a direction acquisition function for estimating the nose direction of the aircraft using a magnetic direction sensor mounted on the airframe; Based on the position information of the aircraft obtained by the RTK-GNSS positioning function or the sensor positioning function, the distance information obtained by the range finding function, and the nose direction information obtained by the bearing acquisition function and a flight control function for controlling the flight of the aircraft , wherein the RTK-GNSS positioning function and the sensor positioning function both provide position information of the aircraft to the flight control function in NMEA format. The control unit constantly grasps the position of the aircraft by the RTK-GNSS positioning function and the sensor positioning function, and when the RTK-GNSS positioning function obtains a FIX solution The control unit controls the flight of the aircraft based on the position information of the aircraft obtained from the RTK-GNSS positioning function, and if the RTK-GNSS positioning function cannot obtain a FIX solution, the control The unit has a function of controlling the flight of the aircraft based on the position information of the aircraft obtained from the sensor positioning function , and the flight control function of the control unit is such that the RTK-GNSS positioning function provides a FIX solution. When shifting from the obtained GNSS environment to a non-GNSS environment in which the RTK-GNSS positioning function cannot obtain a FIX solution, at the timing when the RTK-GNSS positioning function cannot obtain a FIX solution, from the sensor positioning function A function to shift to a state of controlling the flight of the aircraft based on the obtained position information of the aircraft, and a GNSS in which the GNSS positioning function can obtain a FIX solution from a non-GNSS environment in which the GNSS positioning function cannot obtain a FIX solution. When moving to the environment, the position of the flying object in the absolute coordinate system estimated by the sensor positioning function immediately before the GNSS positioning function can obtain a FIX solution, and the flying object estimated by the GNSS positioning function and a function of adjusting the position of the flying object in the absolute coordinate system estimated by the sensor positioning function so as to eliminate the difference from the position in the absolute coordinate system over a certain period of time. .
A flying object control method of a fifth invention is the flying object control method according to the fourth invention, wherein the optical sensor comprises six IMU stereo cameras for photographing the flying object in the longitudinal direction, the lateral direction, and the vertical direction, respectively, and the sensor The positioning function estimates the position of each flying object based on information from six IMU stereo cameras using Visual Odometry, and estimates the position of the flying object based on the median value of the estimated positions of multiple flying objects. Characterized by
A control method for a flying object according to a sixth aspect of the invention is the method according to the fifth aspect, wherein the control unit has a camera selection function of changing the signal of the IMU stereo camera used for estimating the position of the flying object in accordance with the flight scene of the flying object. In the GNSS environment, the camera selection function estimates the position of the flying object based on the position of the flying object obtained based on the information of the IMU stereo camera that shoots in the front-back direction and the left-right direction, and estimates the position of the flying object in a non-GNSS environment. In the environment, when estimating the position of six flying objects, it has a function to estimate the position of the flying object by increasing the weight of the position of the flying object obtained based on the information of the IMU stereo camera that shoots up and down. It is characterized by

<飛行体の制御方法>
第1発明によれば、GNSS環境ではRTK-GNSS測位機能により飛行体の正確な位置を推定でき、非GNSS環境では光学センサの信号に基づいてセンサ測位機能が飛行体の位置を推定できるので、制御部の飛行制御機能はGNSS環境でも非GNSS環境でも飛行体を自律飛行させることができる。また、制御部は、常にRTK-GNSS測位機能とセンサ測位機能によってそれぞれ飛行体の位置を推定しており、しかも、RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られるか否かで使用する位置情報を変更するので、GNSS環境と非GNSS環境との間を飛行体が移動してもシームレスに飛行体の自律飛行を維持することができる。また、RTK-GNSS測位機能の位置情報による制御からセンサ測位機能の位置情報による制御への切り換えを短時間で行うので、飛行体の位置制御の精度低下を防ぐことができる。さらに、飛行体の位置制御の精度低下を防ぐことができる。そして、センサ測位機能の位置情報による制御からRTK-GNSS測位機能の位置情報による制御からへの切り換えは一定の時間をかけて行うので、センサ測位機能の位置情報による制御からRTK-GNSS測位機能の位置情報による制御に切り換わった際に、飛行体の異常移動の発生を抑制できる。
第2発明によれば、簡便かつリアルタイムに計測エラーを除去することができるので、センサ測位機能による飛行体UAVの位置推定のロバスト性を向上させることができる。
第3発明によれば、センサ測位機能により得られる飛行体の位置を推定する精度を高めることができる。
<飛行体>
第4発明によれば、GNSS環境ではRTK-GNSS測位機能により飛行体の正確な位置を推定でき、非GNSS環境では光学センサの信号に基づいてセンサ測位機能が飛行体の位置を推定できるので、制御部の飛行制御機能はGNSS環境でも非GNSS環境でも飛行体を自律飛行させることができる。また、制御部は、常にRTK-GNSS測位機能とセンサ測位機能によってそれぞれ飛行体の位置を推定しており、しかも、RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られるか否かで使用する位置情報を変更するので、GNSS環境と非GNSS環境との間を飛行体が移動してもシームレスに飛行体の自律飛行を維持することができる。また、RTK-GNSS測位機能の位置情報による制御からセンサ測位機能の位置情報による制御への切り換えを短時間で行うので、飛行体の位置制御の精度低下を防ぐことができる。さらに、飛行体の位置制御の精度低下を防ぐことができる。そして、センサ測位機能の位置情報による制御からRTK-GNSS測位機能の位置情報による制御からへの切り換えは一定の時間をかけて行うので、センサ測位機能の位置情報による制御からRTK-GNSS測位機能の位置情報による制御に切り換わった際に、飛行体の異常移動の発生を抑制できる。
第5発明によれば、センサ測位機能による飛行体UAVの位置推定のロバスト性を向上させることができる。
第6発明によれば、センサ測位機能により得られる飛行体の位置を推定する精度を高めることができる。
<Control method of flying object>
According to the first invention, in a GNSS environment, the RTK-GNSS positioning function can estimate the accurate position of the flying object, and in a non-GNSS environment, the sensor positioning function can estimate the position of the flying object based on the signal of the optical sensor. The control unit's flight control functions allow the vehicle to fly autonomously in both GNSS and non-GNSS environments. In addition, the control unit always estimates the position of the flying object by the RTK-GNSS positioning function and the sensor positioning function, and furthermore, the position information to be used is determined by whether the RTK-GNSS positioning function can obtain a FIX solution. Because of the change, autonomous flight of the vehicle can be maintained seamlessly even when the vehicle moves between GNSS and non-GNSS environments. In addition, since the control based on the position information of the RTK-GNSS positioning function is switched to the control based on the position information of the sensor positioning function in a short time, it is possible to prevent the accuracy of the position control of the flying object from deteriorating. Furthermore, it is possible to prevent a decrease in accuracy of position control of the flying object. Since it takes a certain amount of time to switch from the control based on the position information of the sensor positioning function to the control based on the position information of the RTK-GNSS positioning function, it is possible to switch from the control based on the position information of the sensor positioning function to the control based on the RTK-GNSS positioning function. Abnormal movement of the flying object can be suppressed when switching to control based on position information.
According to the second invention, measurement errors can be eliminated simply and in real time, so the robustness of the position estimation of the flying object UAV by the sensor positioning function can be improved.
According to the third invention, it is possible to increase the accuracy of estimating the position of the flying object obtained by the sensor positioning function.
<Aircraft>
According to the fourth invention, in a GNSS environment, the RTK-GNSS positioning function can estimate the accurate position of the flying object, and in a non-GNSS environment, the sensor positioning function can estimate the position of the flying object based on the signal of the optical sensor. The control unit's flight control functions allow the vehicle to fly autonomously in both GNSS and non-GNSS environments. In addition, the control unit always estimates the position of the flying object by the RTK-GNSS positioning function and the sensor positioning function, and furthermore, the position information to be used is determined by whether the RTK-GNSS positioning function can obtain a FIX solution. Because of the change, autonomous flight of the vehicle can be maintained seamlessly even when the vehicle moves between GNSS and non-GNSS environments. In addition, since the control based on the position information of the RTK-GNSS positioning function is switched to the control based on the position information of the sensor positioning function in a short time, it is possible to prevent the accuracy of the position control of the flying object from deteriorating. Furthermore, it is possible to prevent a decrease in accuracy of position control of the flying object. Since it takes a certain amount of time to switch from the control based on the position information of the sensor positioning function to the control based on the position information of the RTK-GNSS positioning function, it is possible to switch from the control based on the position information of the sensor positioning function to the control based on the RTK-GNSS positioning function. Abnormal movement of the flying object can be suppressed when switching to control based on position information.
According to the fifth invention, it is possible to improve the robustness of position estimation of the flying object UAV by the sensor positioning function.
According to the sixth invention, it is possible to improve the accuracy of estimating the position of the flying object obtained by the sensor positioning function.

本実施形態の飛行体UAVの飛行制御の概略説明図である。FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of flight control of the aircraft UAV of the present embodiment; 本実施形態の飛行体UAVの概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram of an air vehicle UAV of this embodiment; FIG. 本実施形態の飛行体UAVの概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the flying object UAV of this embodiment. GNSS環境から非GNSS環境に移動する際の概略制御フロー図である。FIG. 4 is a schematic control flow diagram when moving from a GNSS environment to a non-GNSS environment; 非GNSS環境からGNSS環境に移動する際の概略制御フロー図である。FIG. 4 is a schematic control flow diagram when moving from a non-GNSS environment to a GNSS environment; 飛行実験を行った四国三郎橋の概略写真である。It is a schematic photograph of Shikoku Saburo Bridge where the flight experiment was conducted. 飛行体の通過ポイントを示した図である。It is the figure which showed the passing point of the flying object. 衛星画像上に飛行軌跡をプロットしたものであり、(A)はフライトコントローラで推定された飛行軌跡であり、(B)はモーションキャプチャで得られた飛行軌跡、つまり、実測データの飛行軌跡である。The flight trajectory is plotted on the satellite image, (A) is the flight trajectory estimated by the flight controller, and (B) is the flight trajectory obtained by motion capture, that is, the flight trajectory of the measured data. .

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の飛行体の制御方法は、飛行体UAVの位置情報に基づいて自律飛行する飛行体の制御方法であって、GNSS環境と非GNSS環境との間を移動する場合でも、スムースな移動を可能としたことに特徴を有している。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A control method for a flying object according to the present invention is a method for controlling a flying object that autonomously flies based on the position information of the UAV, and enables smooth movement even when moving between a GNSS environment and a non-GNSS environment. It is characterized by making it possible.

本明細書でいうGNSS環境とは、RTK-GNSS測位方式を利用して飛行体が自己の位置把握ができる環境を意味しており、非GNSS環境とはRTK-GNSS測位方式による位置把握が難しい環境(または位置把握精度が低下する環境)を意味している。 The GNSS environment referred to in this specification means an environment in which the aircraft can grasp its own position using the RTK-GNSS positioning method, and the non-GNSS environment is difficult to grasp the position by the RTK-GNSS positioning method. It means an environment (or an environment in which the accuracy of positioning is degraded).

また、本発明の飛行体の制御方法は、橋梁、構造物等(以下これらを構造物等という場合がある)の点検に使用する飛行体を自律飛行させる際に使用することに適している。つまり、cmオーダーの位置推定精度が必要な自律飛行を行う飛行体の制御に適している。かかる構造物等の点検を実施する場合には、構造物等において点検する対象を測定する測定機器を飛行体に設ける。例えば、構造物等を撮影する点検用カメラや赤外線カメラ、レーザスキャナ等が飛行体に設けられる。 Further, the flying object control method of the present invention is suitable for autonomous flight of a flying object used for inspection of bridges, structures, etc. (hereinafter these may be referred to as structures, etc.). In other words, it is suitable for controlling a flying object that performs autonomous flight that requires position estimation accuracy on the order of centimeters. When conducting such inspections of structures, etc., measuring instruments for measuring objects to be inspected in structures, etc. are installed on the aircraft. For example, an inspection camera, an infrared camera, a laser scanner, or the like for photographing a structure or the like is provided on the aircraft.

なお、本発明の飛行体の制御方法によって飛行体を自律飛行させる用途は構造物等の点検に限られず、災害観測や環境調査などに使用する飛行体の自律飛行を制御する制御方法としても使用することができる。この場合には、点検用カメラや赤外線カメラ、レーザスキャナ等が飛行体に設けられる。 It should be noted that the application for autonomous flight of a flying object by the control method of the flying object of the present invention is not limited to inspection of structures, etc., but can also be used as a control method for controlling the autonomous flight of a flying object used for disaster observation, environmental survey, etc. can do. In this case, an inspection camera, an infrared camera, a laser scanner, etc. are provided on the aircraft.

<飛行体UAV>
まず、本実施形態の飛行体の制御方法について説明する前に、本実施形態の飛行体UAVについて説明する。
以下の説明では、本実施形態の飛行体UAVの基本構成以外は、自律飛行の制御に必要な機器を説明し、自律飛行の制御にとくに必要のない機器(例えば点検用機器など)については適宜説明を割愛する。
<Aircraft UAV>
First, before describing the control method of the flying object of the present embodiment, the flying object UAV of the present embodiment will be described.
In the following description, except for the basic configuration of the flying object UAV of the present embodiment, equipment necessary for controlling autonomous flight will be described, and equipment not particularly necessary for controlling autonomous flight (such as inspection equipment) will be described as appropriate. I omit the explanation.

<機体B>
図3示すように、飛行体UAVは機体Bを備えている。この機体Bは、機体本体BBと、機体本体BBの下方に設けられた飛行体UAVを地上に載置するための脚部BLと、を備えている。機体本体BBには、推進ロータRや制御部C、点検用の機器、これらの機器に電力を供給するバッテリなどが設けられている。
<Aircraft B>
As shown in FIG. 3, the air vehicle UAV has a body B. As shown in FIG. The body B includes a body body BB and legs BL for placing the aircraft UAV on the ground provided below the body body BB. The airframe main body BB is provided with a propulsion rotor R, a control unit C, inspection equipment, a battery for supplying electric power to these equipment, and the like.

<推進ロータR>
図3に示すように、機体Bには、機体本体BBから側方に伸びた3本のアームBAが設けられており、各アームBAにはそれぞれ推進ロータRが設けられている。この各推進ロータRは、プロペラPとプロペラPを回転させるモータとをそれぞれ備えており、アームBAに対する姿勢を調整する姿勢調整機構RTを介してアームBAに取り付けられている。
<Propulsion rotor R>
As shown in FIG. 3, the fuselage B is provided with three arms BA extending laterally from the fuselage body BB, and each arm BA is provided with a propulsion rotor R. Each propulsion rotor R has a propeller P and a motor for rotating the propeller P, and is attached to the arm BA via an attitude adjustment mechanism RT that adjusts the attitude with respect to the arm BA.

なお、本実施形態の飛行体UAVに設ける推進ロータRの数はとくに限定されない。本実施形態の飛行体UAVは、安定して飛行できるのであれば、4つ以上の推進ロータRを有していてもよい。
また、推進ロータRは必ずしも姿勢調整機構RTを介してアームBAに取り付けなくてもよく、推進ロータRはアームBAに固定されていてもよい。
The number of propulsion rotors R provided in the aircraft UAV of this embodiment is not particularly limited. The aircraft UAV of this embodiment may have four or more propulsion rotors R as long as it can fly stably.
Further, the propulsion rotor R does not necessarily have to be attached to the arm BA via the attitude adjustment mechanism RT, and the propulsion rotor R may be fixed to the arm BA.

<制御部C>
飛行体UAVの機体本体BBには、飛行体UAVの作動を制御するための制御部Cが設けられている。制御部Cは、フライトコントローラFCと、コンパニオンコンピュータCCと、GNSS受信機GRと、IMUステレオカメラICと、磁気方位センサMSと、記憶部MRと、を有している(図2参照)。
<Control section C>
A body main body BB of the aircraft UAV is provided with a controller C for controlling the operation of the aircraft UAV. The control unit C has a flight controller FC, a companion computer CC, a GNSS receiver GR, an IMU stereo camera IC, a magnetic orientation sensor MS, and a storage unit MR (see FIG. 2).

<記憶部MR>
記憶部MRは、飛行体UAVの自律飛行や点検等の作業に必要な情報が記憶されたものである。例えば、記憶部MRには、飛行体UAVが自律飛行する飛行ルートに関する情報や、構造物等の点検を行う場合には点検を実施する対象物や点検する位置などに関する情報、ジンバルの角度、カメラの撮影情報等が記憶されている。なお、自律飛行する飛行ルートや点検を実施する対象物や位置などの情報は、WGS84座標系の情報として記憶部MRに記憶されているが、必ずしもWGS84座標系の情報に限られない。例えば、PZ座標系や、平面直交座標系の情報でもよい。
<Memory unit MR>
The storage unit MR stores information necessary for autonomous flight of the flying object UAV and work such as inspection. For example, the storage unit MR contains information about the flight route of the flying object UAV autonomously flying, information about the object to be inspected and the position to be inspected when inspecting a structure, etc., the angle of the gimbal, the camera shooting information and the like are stored. Information such as the flight route for autonomous flight, the object to be inspected, and the position is stored in the storage unit MR as information in the WGS84 coordinate system, but the information is not necessarily limited to the information in the WGS84 coordinate system. For example, the information of the PZ coordinate system or the plane orthogonal coordinate system may be used.

<フライトコントローラFC>
フライトコントローラFCは、飛行体UAVの飛行を制御する機能を有するものである。このフライトコントローラFCは、コンパニオンコンピュータCCから供給される情報に基づいて、飛行体UAVの姿勢や移動方向、移動速度などを制御するものである。つまり、フライトコントローラFCは、各推進ロータRのモータの回転数や姿勢調整機構を制御して、飛行体UAVの姿勢や移動方向、移動速度などを制御して、飛行体UAVがあらかじめ定められている所定の飛行ルート(図1(B)参照)に沿って移動するように制御するものである。
<Flight controller FC>
The flight controller FC has the function of controlling the flight of the air vehicle UAV. This flight controller FC controls the attitude, moving direction, moving speed, etc. of the flying object UAV based on information supplied from the companion computer CC. In other words, the flight controller FC controls the number of rotations of the motors of the propulsion rotors R and the attitude adjustment mechanism to control the attitude, movement direction, movement speed, etc. of the aircraft UAV so that the aircraft UAV is determined in advance. It is controlled to move along a predetermined flight route (see FIG. 1(B)).

<コンパニオンコンピュータCC>
コンパニオンコンピュータCCは、フライトコントローラFCに対して飛行制御に必要な情報を提供する機能を有している。具体的には、コンパニオンコンピュータCCは、GNSS受信機GRやIMUステレオカメラIC、磁気方位センサMSからの情報と、記憶部MRに記憶されている飛行体UAVが自律飛行するルートや点検を実施する対象物や位置などの情報と、に基づいて、フライトコントローラFCが飛行体UAVの姿勢や移動方向、移動速度を調整する情報を作成し提供する機能を有している。そして、コンパニオンコンピュータCCは、RTK-GNSS測位機能とセンサ測位機能とに基づいて飛行体UAVの位置を把握する機能と、RTK-GNSS測位機能とセンサ測位機能のいずれの機能に基づいて飛行体UAVの飛行を制御する情報を作成するかを決定する機能(切り換え機能)も有している。また、コンパニオンコンピュータCCは、飛行体UAVと周囲の物体との距離を測定する測域機能と、飛行体UAVの機首方向を推定する方位取得機能も有している。
<Companion computer CC>
The companion computer CC has a function of providing information necessary for flight control to the flight controller FC. Specifically, the companion computer CC carries out inspections and information from the GNSS receiver GR, the IMU stereo camera IC, and the magnetic direction sensor MS, as well as the autonomous flight route of the flying object UAV stored in the storage unit MR. The flight controller FC has a function of creating and providing information for adjusting the attitude, movement direction, and movement speed of the flying object UAV based on information such as the object and position. Then, the companion computer CC has a function of grasping the position of the flying object UAV based on the RTK-GNSS positioning function and the sensor positioning function, and a flying object UAV based on any function of the RTK-GNSS positioning function and the sensor positioning function. It also has a function (switching function) to decide whether to create information for controlling the flight of the aircraft. The companion computer CC also has a range finding function for measuring the distance between the flying object UAV and surrounding objects, and an azimuth acquisition function for estimating the heading direction of the flying object UAV.

<GNSS受信機GR>
GNSS受信機GRは、GNSS衛星STから送信されるGNSS衛星信号を受信する機能を有するものであり、複数のGNSS衛星から発信される複数のGNSS衛星信号を受信する機能を有している。また、GNSS受信機GRは、基準局BSから送信される情報、つまり、基準局BSが受信した複数のGNSS衛星信号に関する情報を受信する機能を有している。そして、GNSS受信機GRは、受信した信号をコンパニオンコンピュータCCに供給する機能を有している。
<GNSS receiver GR>
The GNSS receiver GR has a function of receiving GNSS satellite signals transmitted from GNSS satellites ST, and has a function of receiving a plurality of GNSS satellite signals transmitted from a plurality of GNSS satellites. The GNSS receiver GR also has the function of receiving information transmitted from the reference station BS, that is, information regarding a plurality of GNSS satellite signals received by the reference station BS. The GNSS receiver GR then has the function of supplying the received signal to the companion computer CC.

<IMUステレオカメラIC>
IMUステレオカメラICは、ステレオカメラにInertial Measurement Unit(慣性計測装置:IMU)搭載されたが搭載されたものである。本実施形態の飛行体UAVでは、IMUステレオカメラICを6つ備えている(図2参照)。つまり、本実施形態の飛行体UAVは、飛行体UAVの前後左右と上下にそれぞれIMUステレオカメラICが設けられている。
<IMU stereo camera IC>
The IMU stereo camera IC is a stereo camera mounted with an Inertial Measurement Unit (inertial measurement unit: IMU). The flying object UAV of this embodiment has six IMU stereo camera ICs (see FIG. 2). That is, the aircraft UAV of this embodiment is provided with IMU stereo camera ICs on the front, rear, left, right, and top and bottom of the aircraft UAV.

IMUは加速度センサや角速度センサを備えたものであり、飛行体UAVの3次元の慣性運動(直行3軸方向の並進運動および回転運動)を検出する機能を有している。また、ステレオカメラは飛行体UAVの周囲の状況を撮影する機能を有している。そして、IMUステレオカメラICは、検出した飛行体UAVの3次元の慣性運動や撮影した画像をコンパニオンコンピュータCCに供給する機能を有している。 The IMU is equipped with an acceleration sensor and an angular velocity sensor, and has a function of detecting three-dimensional inertial motion (translational motion and rotational motion in orthogonal three-axis directions) of the flying object UAV. Also, the stereo camera has a function of photographing the surroundings of the flying object UAV. The IMU stereo camera IC has a function of supplying the detected three-dimensional inertial motion of the UAV and the captured images to the companion computer CC.

なお、IMUステレオカメラICは必ずしも6つ設けなくてもよく、少なくとも飛行体UAVの機体Bの前方等に1台設けられていればよい。しかし、IMUステレオカメラICを6つ設ければ、Visual Odometryによる飛行体UAVの位置を推定した場合に、飛行体UAVの位置を推定する精度を高くできる。 Note that six IMU stereo camera ICs do not necessarily have to be provided, and at least one unit may be provided in front of the airframe B of the aircraft UAV. However, if six IMU stereo camera ICs are provided, the accuracy of estimating the position of the flying object UAV can be increased when estimating the position of the flying object UAV by visual odometry.

具体的には、コンパニオンコンピュータCCのセンサ測位機能は、6つのIMUステレオカメラICの情報に基づいてそれぞれ推定した飛行体UAVの位置姿勢の中央値を取得する。すると、簡便かつリアルタイムに計測エラーを除去することができるので、コンパニオンコンピュータCCのセンサ測位機能による飛行体UAVの位置推定のロバスト性を向上させることができる。 Specifically, the sensor positioning function of the companion computer CC obtains the median value of the position and orientation of the flying object UAV estimated based on the information of the six IMU stereo camera ICs. Then, measurement errors can be removed easily and in real time, so that the robustness of position estimation of the flying object UAV by the sensor positioning function of the companion computer CC can be improved.

また、コンパニオンコンピュータCCは、飛行体UAVの飛行シーンを判断し、6つのIMUステレオカメラICの組み合わせ方法、つまり、飛行体UAVの位置推定に使用するIMUステレオカメラICの信号を飛行体UAVの飛行シーンにあわせて変更する機能を有している(カメラ選択機能)。カメラ選択機能を設ければ、Visual Odometryによる位置推定精度を向上させることができる。カメラ選択機能による飛行体UAVの飛行シーンの判別は、後述するように、RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られているかどうかによるGNSS環境および非GNSS環境の判別と、Visual Odometryで推定された機首に対する飛行方向(前後左右上下)の判別で構成される。GNSS環境においては、上向きカメラは上空のみを撮影するためにVisual Odometryの推定精度が落ちることを想定し、前後左右向きのカメラの組み合わせでVisual Odometryの位置推定精度を向上させることができる。対地高度が高い場合は、下向きのカメラも組み合わせることで,Visual Odometryの位置推定精度を向上させることができる。非GNSS環境においては、前後左右方向より上下方向の撮影範囲に画像特徴が豊富となるため、上下カメラの推定結果の重みを大きくすることで,Visual Odometryによる位置推定精度を向上させることができる。 In addition, the companion computer CC judges the flight scene of the flying object UAV, and the combination method of the six IMU stereo camera ICs, that is, the signal of the IMU stereo camera IC used for the position estimation of the flying object UAV. It has a function to change according to the scene (camera selection function). By providing a camera selection function, it is possible to improve the accuracy of position estimation by Visual Odometry. Determination of the flight scene of the flying object UAV by the camera selection function, as described later, is the determination of the GNSS environment and the non-GNSS environment depending on whether the RTK-GNSS positioning function has obtained a FIX solution, and the estimation by Visual Odometry It consists of determining the flight direction (front, back, left, right, up and down) relative to the nose. In the GNSS environment, it is possible to improve the position estimation accuracy of visual odometry by combining front, back, left, and right cameras, assuming that the estimation accuracy of visual odometry is degraded because the upward camera captures only the sky. When the altitude above the ground is high, the position estimation accuracy of Visual Odometry can be improved by combining a downward facing camera. In a non-GNSS environment, the imaging range in the vertical direction has more image features than in the front, rear, left, and right directions. Therefore, by increasing the weight of the estimation result of the upper and lower cameras, the position estimation accuracy by Visual Odometry can be improved.

また、IMUステレオカメラICによって周囲の画像を測定すれば、その画像に基づいてコンパニオンコンピュータCCの測域機能によって飛行体UAVの周囲の物体、例えば、点検対象となる構造物等との距離を推定することもできる。すると、推定された距離の情報(距離情報)に基づいて、飛行体UAVを構造物等と所定の距離に保って飛行できる。例えば、飛行体UAVが構造物等との一定以上接近することを防止したり、点検等の作業を行う場合には点検対象となる構造物等との距離を作業に適した距離に保つように、測定された距離に基づいて飛行体UAVの飛行を制御することが可能になる。 In addition, if the surrounding image is measured by the IMU stereo camera IC, the distance to objects around the flying object UAV, such as a structure to be inspected, can be estimated based on the image using the range survey function of the companion computer CC. You can also Then, based on the estimated distance information (distance information), the flying object UAV can fly while maintaining a predetermined distance from the structure or the like. For example, it is necessary to prevent the flying object UAV from approaching a structure more than a certain amount, or to keep the distance from the structure to be inspected at a distance suitable for the work when performing work such as inspection. , it is possible to control the flight of the vehicle UAV based on the measured distance.

上述したステレオカメラが、特許請求の範囲にいう光学センサに相当するものになる。なお、光学センサは、後述するようにVisual Odometryにより飛行体UAVの位置を推定するのでなければ、必ずしもステレオカメラを用いなくてもよい。例えば、ステレオカメラに代えて、単眼カメラやTOFカメラなどを光学センサとして設けて飛行体UAVの位置を推定してもよい。 The stereo camera described above corresponds to the optical sensor recited in the claims. Note that the optical sensor does not necessarily have to be a stereo camera unless the position of the flying object UAV is estimated by visual odometry as will be described later. For example, instead of the stereo camera, a monocular camera, a TOF camera, or the like may be provided as an optical sensor to estimate the position of the flying object UAV.

なお、制御部Cは、上記センサ以外にも、レーザスキャナや超音波センサ、ミリ波レーダなどを備えていてもよい。このようなセンサを設ければ、これらのセンサからの信号に基づいて測域機能が飛行体UAVの周囲の物体、例えば、点検対象となる構造物等との距離を測定することもできる。 Note that the control unit C may include a laser scanner, an ultrasonic sensor, a millimeter wave radar, etc., in addition to the sensors described above. If such sensors are provided, the ranging function can also measure the distance to objects, such as structures to be inspected, in the surroundings of the air vehicle UAV based on signals from these sensors.

<磁気方位センサMS>
磁気方位センサMSは、例えば、MRセンサやMIセンサ等の地球の磁力を検出するセンサである。この磁気方位センサMSは、地球の磁力の向きを検出することによって飛行体UAVの向き(機首の向き)を検出するために設けられるものである。この磁気方位センサMSは、検出した地球の磁力の向きに関する情報をコンパニオンコンピュータCCに供給する機能も有している。コンパニオンコンピュータCCは方位取得機能を備えており、方位取得機能は、検出した地球の磁力の向きに関する情報に基づいて飛行体UAVの機首方向、つまり、WGS84座標系等における機首の向きを推定し、機首方向情報を作成する。例えば、飛行体UAVの機首の向きと磁気方位センサMSのx軸とが一致するように磁気方位センサMSを飛行体UAVの機体Bに設置しておけば、磁気方位センサMSが検出する磁力からWGS84座標系等における機首の向きを推定することができる。
<Magnetic direction sensor MS>
The magnetic direction sensor MS is, for example, a sensor such as an MR sensor or an MI sensor that detects the magnetic force of the earth. The magnetic direction sensor MS is provided to detect the orientation (orientation of the nose) of the UAV by detecting the orientation of the earth's magnetic force. The magnetic direction sensor MS also has the function of providing information about the direction of the detected earth's magnetic force to the companion computer CC. The companion computer CC has an azimuth acquisition function, which estimates the nose direction of the flying object UAV, that is, the nose direction in the WGS84 coordinate system, etc., based on the information on the detected direction of the earth's magnetic force. and create heading information. For example, if the magnetic direction sensor MS is installed in the body B of the flying object UAV so that the direction of the nose of the flying object UAV and the x-axis of the magnetic direction sensor MS match, the magnetic force detected by the magnetic direction sensor MS can estimate the orientation of the nose in the WGS84 coordinate system or the like.

<コンパニオンコンピュータCCの機能説明>
上述したように、コンパニオンコンピュータCCは、上述した種々の機能を実行するものである。つまり、RTK-GNSS測位機能と、センサ測位機能と、切り換え機能と、測域機能と、方位取得機能と、を実行する機能を有している(図2参照)。測域機能および方位取得機能は上述した機能を有している。以下では、RTK-GNSS測位機能と、センサ測位機能と、切り換え機能と、を詳細に説明する。
<Explanation of functions of companion computer CC>
As noted above, companion computer CC performs the various functions described above. That is, it has a function of executing an RTK-GNSS positioning function, a sensor positioning function, a switching function, a range finding function, and an azimuth acquisition function (see FIG. 2). The ranging function and the azimuth acquisition function have the functions described above. In the following, the RTK-GNSS positioning function, the sensor positioning function and the switching function are described in detail.

<RTK-GNSS測位機能>
RTK-GNSS測位機能は、GNSS受信機GRが受信したGNSS衛星信号に基づいて飛行体UAVの現在位置、つまり、WGS84座標系上における飛行体UAVの位置を算出する機能を有している。また、RTK-GNSS測位機能は、受信したGNSS衛星信号に基づいて、測位解を算出する機能を有している。この測位解は、FIX解やFLOAT解、DGPS解、単独測位解であり、コンパニオンコンピュータCCは、得られた測位解がFIX解である場合に、算出されたWGS84座標系上における飛行体UAVの位置をNMEAフォーマットの情報として作成する機能を有している。以下では、NMEAフォーマットの飛行体UAVの位置情報を、単に飛行体UAVの位置情報という場合がある。
<RTK-GNSS positioning function>
The RTK-GNSS positioning function has a function of calculating the current position of the flying object UAV, that is, the position of the flying object UAV on the WGS84 coordinate system, based on the GNSS satellite signals received by the GNSS receiver GR. Also, the RTK-GNSS positioning function has a function of calculating a positioning solution based on the received GNSS satellite signals. This positioning solution is a FIX solution, a FLOAT solution, a DGPS solution, or a single positioning solution. It has a function to create the position as NMEA format information. Below, the position information of the flying object UAV in the NMEA format may simply be referred to as the position information of the flying object UAV.

<センサ測位機能>
センサ測位機能は、IMUステレオカメラICのステレオカメラによって得られた画像やIMUが測定した加速度などに基づいて、Visual Odometryを用いて飛行体UAVの移動距離や移動方向、移動速度、つまり、移動ベクトルを算出する機能である。例えば、図1(B)に示すように、ある位置P3(元位置)から位置P4(現在位置)まで飛行体UAVが移動した場合、位置P3においてステレオカメラによって得られた画像と位置P4においてステレオカメラによって得られた画像と、を比較することによって、センサ測位機能は、位置P3から位置P4までの移動ベクトルを算出する。そして、センサ測位機能は、算出された移動ベクトルの情報に基づいて、元位置の座標を基準とする局所座標系における飛行体UAVの現在位置の座標を算出する。局所座標系における飛行体UAVの現在位置の座標は、元位置の座標に移動ベクトルを加算することによって得られる情報から作成することができる。また、センサ測位機能は、局所座標系における飛行体UAVの位置情報を公知の方法によってWGS84座標系における飛行体UAVの位置情報に変換し、このWGS84座標系における飛行体UAVの位置情報に基づいてNMEAフォーマットの情報を作成する機能を有している。以下では、NMEAフォーマットの飛行体UAVの位置情報を、単に飛行体UAVの位置情報という場合がある。
<Sensor positioning function>
The sensor positioning function is based on the images obtained by the stereo camera of the IMU stereo camera IC and the acceleration measured by the IMU. It is a function to calculate For example, as shown in FIG. 1B, when an aircraft UAV moves from a position P3 (original position) to a position P4 (current position), an image obtained by a stereo camera at position P3 and a stereo camera at position P4 By comparing the image obtained by the camera, the sensor positioning function calculates a motion vector from position P3 to position P4. Then, the sensor positioning function calculates the coordinates of the current position of the flying object UAV in the local coordinate system based on the coordinates of the original position, based on the calculated movement vector information. The coordinates of the current position of the air vehicle UAV in the local coordinate system can be created from information obtained by adding the motion vector to the coordinates of the original position. In addition, the sensor positioning function converts the position information of the flying object UAV in the local coordinate system into the position information of the flying object UAV in the WGS84 coordinate system by a known method, and based on the position information of the flying object UAV in this WGS84 coordinate system It has a function to create NMEA format information. Below, the position information of the flying object UAV in the NMEA format may simply be referred to as the position information of the flying object UAV.

なお、センサ測位機能が各位置で測定された画像を比較する方法は、とくに限定されない。一般的な画像マッチング方法を使用して実施することができる。各位置で測定された画像を比較する際には、IMUステレオカメラICのIMUが測定した加速度などの情報に基づいて得られる位置P3および位置P4における飛行体UAVの姿勢や向きなどの情報を利用して画像マッチングを実施する。 Note that the method of comparing the images measured at each position by the sensor positioning function is not particularly limited. It can be implemented using common image matching methods. When comparing the images measured at each position, information such as the attitude and orientation of the flying UAV at positions P3 and P4 obtained based on information such as acceleration measured by the IMU of the IMU stereo camera IC is used. image matching.

また、センサ測位機能は、基準とする元位置の座標には、元位置においてRTK-GNSS測位機能により位置情報が取得できている場合(つまりFIX解が得られている場合)には、RTK-GNSS測位機能により得られる座標を使用する機能も有している。 In addition, the sensor positioning function uses the RTK- It also has the ability to use the coordinates obtained by the GNSS positioning function.

<切り換え機能>
コンパニオンコンピュータCCは、飛行体UAVが飛行している環境に応じて、RTK-GNSS測位機能により得られる飛行体UAVの位置情報に基づく位置制御と、センサ測位機能により得られる飛行体UAVの位置情報に基づく位置制御と、を切り換える機能を有している。具体的には、GNSS環境ではRTK-GNSS測位機能により得られる飛行体UAVの位置情報に基づいて位置制御を行い、非GNSS環境ではセンサ測位機能により得られる飛行体UAVの位置情報に基づいて位置制御を行う。切り換え機能は、GNSS環境から非GNSS環境への移行、および、非GNSS環境からGNSS環境への移行、の際に、位置制御を行う情報を、RTK-GNSS測位機能により得られる飛行体UAVの位置情報とセンサ測位機能により得られる飛行体UAVの位置情報との間で切り換える機能を有している。
<Switching function>
The companion computer CC provides position control based on the position information of the UAV obtained by the RTK-GNSS positioning function and the position information of the UAV obtained by the sensor positioning function according to the environment in which the UAV is flying. It has a function of switching between position control based on Specifically, in the GNSS environment, position control is performed based on the position information of the flying object UAV obtained by the RTK-GNSS positioning function, and in the non-GNSS environment, the positioning is performed based on the position information of the flying object UAV obtained by the sensor positioning function. control. The switching function uses the position of the aircraft UAV obtained by the RTK-GNSS positioning function to perform position control when transitioning from the GNSS environment to the non-GNSS environment and from the non-GNSS environment to the GNSS environment. It has a function to switch between the information and the position information of the air vehicle UAV obtained by the sensor positioning function.

切り換え機能は、この切り換えを以下の情報に基づいて実施する。
まず、コンパニオンコンピュータCCは、RTK-GNSS測位機能による測位解の算出と、センサ測位機能により得られるWGS84座標系における飛行体UAVの位置情報の作成と、を常時実施している。
The switching function performs this switching based on the following information.
First, the companion computer CC constantly calculates the positioning solution by the RTK-GNSS positioning function and creates the position information of the flying object UAV in the WGS84 coordinate system obtained by the sensor positioning function.

RTK-GNSS測位機能が算出した測位解がFIX解である場合には、切り換え機能は、RTK-GNSS測位機能から得られる飛行体UAVの位置情報をフライトコントローラFCに供給する。つまり、RTK-GNSS測位機能から得られるNMEAフォーマットの飛行体UAVの位置情報に基づいてフライトコントローラFCが飛行体UAVの飛行を制御するように、切り換え機能はフライトコントローラFCに供給する情報を制御する。 If the positioning solution calculated by the RTK-GNSS positioning function is a FIX solution, the switching function provides the position information of the vehicle UAV obtained from the RTK-GNSS positioning function to the flight controller FC. That is, the switching function controls the information supplied to the flight controller FC such that the flight controller FC controls the flight of the vehicle UAV based on the vehicle UAV position information in NMEA format obtained from the RTK-GNSS positioning function. .

一方、RTK-GNSS測位機能がFIX解を算出できない場合、つまり、RTK-GNSS測位機能がFLOAT解やDGPS解、単独測位解しか算出できない場合には、切り換え機能は、センサ測位機能から得られる飛行体UAVの位置情報をフライトコントローラFCに供給する。つまり、センサ測位機能から得られるNMEAフォーマットの飛行体UAVの位置情報に基づいてフライトコントローラFCが飛行体UAVの飛行を制御するように、切り換え機能はフライトコントローラFCに供給する情報を制御する。 On the other hand, if the RTK-GNSS positioning function cannot calculate a FIX solution, that is, if the RTK-GNSS positioning function can only calculate a FLOAT solution, a DGPS solution, or a single positioning solution, the switching function will switch to the flight It feeds the position information of the body UAV to the flight controller FC. That is, the switching function controls the information supplied to the flight controller FC such that the flight controller FC controls the flight of the vehicle UAV based on the position information of the vehicle UAV in NMEA format obtained from the sensor positioning function.

<制御切り換え時間>
また、GNSS環境から非GNSS環境への移行する場合には、切り換え機能は、フライトコントローラFCに供給する飛行体UAVの位置情報を、RTK-GNSS測位機能の飛行体UAVの位置情報からセンサ測位機能の飛行体UAVの位置情報に切り換える。この際には、RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られなくなったタイミングで飛行体UAVの位置情報をセンサ測位機能の飛行体UAVの位置情報に切り換える機能を切り換え機能は有している。つまり、GNSS環境の間は、切り換え機能はRTK-GNSS測位機能に基づく飛行体UAVの位置情報をフライトコントローラFCに供給するが、RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られない状況になると、切り換え機能は短時間(例えば、1秒以内)でセンサ測位機能に基づく飛行体UAVの位置情報をフライトコントローラFCに供給するように切り換える。すると、切り換えの際におけるRTK-GNSS測位機能による飛行体UAVの位置情報とセンサ測位機能による飛行体UAVの位置情報との差が小さくなる。よって、情報が切り替わったことによる飛行体UAVの姿勢や位置などの急激な変化を防ぐことができるので、フライトコントローラFCによる飛行体UAVの位置制御の精度低下を防ぐことができる。
<Control switching time>
Also, when shifting from the GNSS environment to the non-GNSS environment, the switching function converts the position information of the flying object UAV supplied to the flight controller FC from the position information of the flying object UAV of the RTK-GNSS positioning function to the sensor positioning function. position information of the air vehicle UAV. In this case, the switching function has a function of switching the position information of the flying object UAV to the position information of the flying object UAV of the sensor positioning function at the timing when the RTK-GNSS positioning function cannot obtain a FIX solution. That is, during a GNSS environment, the switching function provides position information of the vehicle UAV based on the RTK-GNSS positioning function to the flight controller FC, but when the situation arises where the RTK-GNSS positioning function cannot obtain a FIX solution, the switching function The function switches to provide position information of the air vehicle UAV based on sensor positioning functions to the flight controller FC in a short period of time (eg, within 1 second). Then, the difference between the position information of the flying object UAV by the RTK-GNSS positioning function and the position information of the flying object UAV by the sensor positioning function at the time of switching becomes small. Therefore, it is possible to prevent abrupt changes in the attitude, position, etc. of the flying object UAV due to the switching of information, thereby preventing deterioration in the accuracy of position control of the flying object UAV by the flight controller FC.

一方、非GNSS環境からGNSS環境への移行する場合には、切り換え機能は、フライトコントローラFCに供給する飛行体UAVの位置情報を、センサ測位機能の飛行体UAVの位置情報からRTK-GNSS測位機能の飛行体UAVの位置情報に切り換える。この際には、RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られる状況となってから、一定時間をかけてセンサ測位機能の飛行体UAVの位置情報とRTK-GNSS測位機能の飛行体UAVの位置情報とが一致するように、飛行体UAVに供給する情報を調整する機能を切り換え機能は有している。つまり、切り換え機能は、非GNSS環境からGNSS環境への移行した場合には、飛行体UAVの制御に使用する飛行体UAVの位置情報をRTK-GNSS測位機能の飛行体UAVの位置情報に直ぐには切り換えない。一定の遷移期間の間にセンサ測位機能が算出する位置とRTK-GNSS測位機能が算出する位置とが一致する(一定の範囲に入ることも含まれる)ように、センサ測位機能が算出する飛行体UAVの位置情報を調整する。そして、切り換え機能は、調整したセンサ測位機能が算出する飛行体UAVの位置情報とRTK-GNSS測位機能が算出する飛行体UAVの位置情報とが一致すると、フライトコントローラFCに供給する飛行体UAVの位置情報をRTK-GNSS測位機能の飛行体UAVの位置情報に切り換える。 On the other hand, when shifting from the non-GNSS environment to the GNSS environment, the switching function converts the position information of the flying object UAV supplied to the flight controller FC from the position information of the flying object UAV of the sensor positioning function to the RTK-GNSS positioning function. position information of the air vehicle UAV. In this case, after the RTK-GNSS positioning function can obtain a FIX solution, the position information of the flying object UAV of the sensor positioning function and the position information of the flying object UAV of the RTK-GNSS positioning function will be The switching function has the ability to adjust the information supplied to the air vehicle UAV so that . In other words, when the switching function changes from the non-GNSS environment to the GNSS environment, the position information of the air vehicle UAV used for controlling the air vehicle UAV is immediately changed to the position information of the air vehicle UAV of the RTK-GNSS positioning function. I can't switch. Aircraft calculated by the sensor positioning function so that the position calculated by the sensor positioning function and the position calculated by the RTK-GNSS positioning function match during a certain transition period (including entering a certain range) Adjust UAV location information. Then, when the position information of the flying object UAV calculated by the adjusted sensor positioning function and the position information of the flying object UAV calculated by the RTK-GNSS positioning function match, the switching function is to supply the flying object UAV to the flight controller FC. The position information is switched to the position information of the air vehicle UAV of the RTK-GNSS positioning function.

一定の遷移期間を設けて、この遷移期間にセンサ測位機能が算出する飛行体UAVの位置情報を切り換え機能が調整する理由は、以下のとおりである。 The reason why a certain transition period is provided and the switching function adjusts the position information of the air vehicle UAV calculated by the sensor positioning function during this transition period is as follows.

非GNSS環境では、センサ測位機能はVisual Odometryにより移動ベクトルを算出し、その移動ベクトルを積算することによって現在位置を把握している。しかし、移動ベクトルは実際の飛行体UAVの移動に対して誤差を有しており、移動ベクトルが積算されることによってその誤差も積算されることになる。つまり、センサ測位機能が算出する飛行体UAVの位置情報には累積誤差が含まれることになり、センサ測位機能によって飛行体UAVが飛行する飛行ルートと所定の飛行ルートとの間には誤差が生じる(図1(B)参照)。すると、非GNSS環境からGNSS環境への移行した際に、単純に、フライトコントローラFCに提供する情報をセンサ測位機能の飛行体UAVの位置情報からRTK-GNSS測位機能の飛行体UAVの位置情報に切り換えた場合、フライトコントローラFCは、飛行体UAVの位置を短時間で大きく修正しようとするため、飛行体UAVが制御不能になる可能性がある。そこで、切り換え機能は、一定の遷移期間(例えば数秒程度)を設けて、センサ測位機能が算出する飛行体UAVの位置情報とRTK-GNSS測位機能が算出する飛行体UAVの位置情報とが一致する状態になってから、フライトコントローラFCに供給する飛行体UAVの位置情報をRTK-GNSS測位機能の情報に切り換える。すると、センサ測位機能の飛行体UAVの位置情報による制御からRTK-GNSS測位機能の飛行体UAVの位置情報による制御に切り換わった際に、飛行体UAVの異常移動の発生を抑制できる。 In the non-GNSS environment, the sensor positioning function calculates the movement vector by Visual Odometry and grasps the current position by integrating the movement vector. However, the movement vector has an error with respect to the actual movement of the flying object UAV, and the error is also accumulated by accumulating the movement vector. In other words, the position information of the flying object UAV calculated by the sensor positioning function includes accumulated errors, and an error occurs between the flight route of the flying object UAV and the predetermined flight route by the sensor positioning function. (See FIG. 1(B)). Then, when moving from the non-GNSS environment to the GNSS environment, the information provided to the flight controller FC is simply changed from the position information of the flying object UAV of the sensor positioning function to the position information of the flying object UAV of the RTK-GNSS positioning function. When switched, the flight controller FC attempts to make large corrections to the position of the air vehicle UAV in a short period of time, which may cause the air vehicle UAV to become uncontrollable. Therefore, the switching function provides a certain transition period (for example, about several seconds) so that the position information of the flying object UAV calculated by the sensor positioning function and the position information of the flying object UAV calculated by the RTK-GNSS positioning function match. After entering the state, the position information of the flying object UAV supplied to the flight controller FC is switched to the information of the RTK-GNSS positioning function. Then, when the control based on the position information of the airborne UAV of the sensor positioning function is switched to the control based on the positional information of the airborne UAV of the RTK-GNSS positioning function, the occurrence of abnormal movement of the airborne UAV can be suppressed.

センサ測位機能が算出する飛行体UAVの位置情報とRTK-GNSS測位機能が算出する飛行体UAVの位置情報とを一致させる方法はとくに限定されない。例えば、RTK-GNSS測位機能が算出する飛行体UAVの位置情報を利用してセンサ測位機能が算出する飛行体UAVの位置情報を徐々に補正することによって両者を一致させることができる。例えば、センサ測位機能が算出する飛行体UAVの位置情報がRTK-GNSS測位機能が算出する飛行体UAVの位置情報に一定の割合だけ近づいた値となるように、飛行体UAVの位置情報を補正した補正位置情報を作成し、補正位置情報をフライトコントローラFCに供給するようにする。この処理を繰り返すことによって、センサ測位機能が算出する位置とRTK-GNSS測位機能が算出する位置との差は小さくなるので、一定時間経過後(例えば数秒後)には、センサ測位機能が算出する位置とRTK-GNSS測位機能が算出する位置とを一致させることができる。 A method for matching the position information of the flying object UAV calculated by the sensor positioning function and the position information of the flying object UAV calculated by the RTK-GNSS positioning function is not particularly limited. For example, by gradually correcting the position information of the flying object UAV calculated by the sensor positioning function using the position information of the flying object UAV calculated by the RTK-GNSS positioning function, both can be matched. For example, correct the position information of the UAV so that the position information of the UAV calculated by the sensor positioning function is closer to the position information of the UAV calculated by the RTK-GNSS positioning function by a certain ratio. The corrected position information is created, and the corrected position information is supplied to the flight controller FC. By repeating this process, the difference between the position calculated by the sensor positioning function and the position calculated by the RTK-GNSS positioning function becomes smaller. The position can be matched with the position calculated by the RTK-GNSS positioning function.

<本実施形態の飛行体UAVの飛行制御>
本実施形態の飛行体UAVが上記のごとき構成を有していれば、飛行体UAVは、GNSS環境と非GNSS環境との間をスムースに移動しながら、構造物等の検査を実施することができる。なお、以下では、橋梁BRの下を通過する飛行ルートを飛行する場合を代表として説明する。
<Flight control of the flying object UAV of the present embodiment>
If the flying object UAV of this embodiment has the configuration as described above, the flying object UAV can inspect structures while moving smoothly between the GNSS environment and the non-GNSS environment. can. In the following description, the case of flying a flight route that passes under the bridge BR will be described as a representative example.

<GNSS環境での移動>
図4に示すように、飛行体UAVがGNSS環境から飛行する場合には、まず、コンパニオンコンピュータCCは、RTK-GNSS測位機能によって飛行体UAVの現在位置を取得する。つまり、RTK-GNSS測位機能がFIX解を得ると、コンパニオンコンピュータCCは、RTK-GNSS測位機能が算出するWGS84座標系における位置を飛行体UAVの現在位置と判断する。また、コンパニオンコンピュータCCは、磁気方位センサMSからの信号に基づいて方位取得機能が飛行体UAVの向きを推定する。飛行体UAVの現在位置および向きが得られると、コンパニオンコンピュータCCは、RTK-GNSS測位機能の飛行体UAVの位置情報と、飛行体UAVの向きの情報と、記憶部MRに記憶されている飛行ルートの情報と、をフライトコントローラFCに供給する。すると、その情報に基づいて、フライトコントローラFCは、飛行体UAVが所定の飛行ルートに沿って移動するように、各推進ロータRのモータの回転数や姿勢調整機構を制御する。なお、コンパニオンコンピュータCCは、飛行体UAVが飛行している間は、測域機能によって飛行体UAVと周囲の物体との距離を測定している。
<Movement in GNSS environment>
As shown in FIG. 4, when the air vehicle UAV flies from the GNSS environment, the companion computer CC first acquires the current position of the air vehicle UAV through the RTK-GNSS positioning function. That is, when the RTK-GNSS positioning function obtains the FIX solution, the companion computer CC determines the position in the WGS84 coordinate system calculated by the RTK-GNSS positioning function as the current position of the air vehicle UAV. The companion computer CC also has an orientation acquisition function that estimates the orientation of the air vehicle UAV based on the signal from the magnetic orientation sensor MS. When the current position and orientation of the air vehicle UAV are obtained, the companion computer CC calculates the position information of the air vehicle UAV of the RTK-GNSS positioning function, the information of the air vehicle UAV orientation, and the flight information stored in the storage unit MR. route information to the flight controller FC. Then, based on the information, the flight controller FC controls the rotation speed of the motor of each propulsion rotor R and the attitude adjustment mechanism so that the aircraft UAV moves along a predetermined flight route. The companion computer CC measures the distance between the UAV and the surrounding objects by the ranging function while the UAV is in flight.

飛行体UAVが移動している間も、コンパニオンコンピュータCCはRTK-GNSS測位機能によって飛行体UAVの現在位置を連続して取得する。ここでいう「現在位置を連続して取得する」とは、所定の周期(時間間隔)で飛行体UAVの現在位置を測定することを意味している。例えば、5~10Hz程度で現在位置を取得し、得られたRTK-GNSS測位機能の飛行体UAVの位置情報と飛行体UAVの向きの情報(機首方向情報)とをフライトコントローラFCに供給する。すると、フライトコントローラFCは、取得した飛行体UAVの現在位置が所定の飛行ルート上に位置するか否かを確認し、所定の飛行ルート上からズレている場合には、所定の飛行ルート上に戻るように飛行体UAVを移動させる。すると、飛行体UAVは所定の飛行ルート上を安定して自律飛行することができる。 While the air vehicle UAV is moving, the companion computer CC continuously acquires the current position of the air vehicle UAV by the RTK-GNSS positioning function. Here, "continuously acquiring the current position" means measuring the current position of the flying object UAV at a predetermined cycle (time interval). For example, the current position is acquired at about 5 to 10 Hz, and the obtained position information of the flying object UAV of the RTK-GNSS positioning function and the information of the direction of the flying object UAV (head direction information) are supplied to the flight controller FC. . Then, the flight controller FC confirms whether or not the acquired current position of the flying object UAV is located on the predetermined flight route. Move the air vehicle UAV back. Then, the flying object UAV can stably and autonomously fly on a predetermined flight route.

ここで、飛行体UAVが移動している間には、コンパニオンコンピュータCCはRTK-GNSS測位機能によって飛行体UAVの現在位置を取得すると同時に、センサ測位機能によっても飛行体UAVの現在位置を取得する。例えば、ある時間T1における飛行体UAVの位置(基準位置)から現在の飛行体UAVの位置までの移動ベクトルを算出し、基準位置に移動ベクトルを積算することによって飛行体UAVの現在位置を算出する。この場合には、時間T1にRTK-GNSS測位機能が算出したWGS84座標系の位置に移動ベクトルを積算した値を局所座標系の位置として、センサ測位機能は飛行体UAVの現在位置を算出する。ここで、GNSS環境においては、上向きカメラは上空のみを撮影するためにVisual Odometryの推定精度が落ちることを想定し、前後左右向きのカメラの組み合わせでVisual Odometryの位置推定精度を向上させる。対地高度が高い場合は、下向きのカメラも組み合わせることで,Visual Odometryの位置推定精度を向上させる。なお、RTK-GNSS測位機能の飛行体UAVの位置情報がフライトコントローラFCに供給されている間もセンサ測位機能では同様の処理が実施される。しかし、コンパニオンコンピュータCCは、センサ測位機能の飛行体UAVの位置情報はフライトコントローラFCには供給しない。 Here, while the flying object UAV is moving, the companion computer CC acquires the current position of the flying object UAV by the RTK-GNSS positioning function, and also acquires the current position of the flying object UAV by the sensor positioning function. . For example, a movement vector from the position (reference position) of the flying object UAV at a certain time T1 to the current position of the flying object UAV is calculated, and the current position of the flying object UAV is calculated by integrating the movement vector with the reference position. . In this case, the sensor positioning function calculates the current position of the air vehicle UAV using the value obtained by integrating the position in the WGS84 coordinate system calculated by the RTK-GNSS positioning function at time T1 with the movement vector as the position in the local coordinate system. Here, in the GNSS environment, assuming that the estimation accuracy of Visual Odometry is degraded because the upward camera captures only the sky, the position estimation accuracy of Visual Odometry is improved by combining front, rear, left, and right cameras. When the altitude above the ground is high, the position estimation accuracy of Visual Odometry is improved by combining a downward facing camera. The sensor positioning function performs similar processing while the position information of the flying object UAV of the RTK-GNSS positioning function is being supplied to the flight controller FC. However, the companion computer CC does not provide the air vehicle UAV position information for the sensor positioning function to the flight controller FC.

飛行体UAVが所定の飛行ルートを飛行している間において、GNSS受信機GRが受信するGNSS衛星信号の受信状態は一定ではなく変化する。しかし、FIX解が得られている間は、コンパニオンコンピュータCCは、RTK-GNSS測位機能が算出するWGS84座標系における位置を飛行体UAVの現在位置と判断する。 While the air vehicle UAV is flying along a predetermined flight route, the reception state of the GNSS satellite signals received by the GNSS receiver GR is not constant and changes. However, while the FIX solution is being obtained, the companion computer CC determines the position in the WGS84 coordinate system calculated by the RTK-GNSS positioning function as the current position of the air vehicle UAV.

<GNSS環境から非GNSS環境への移動>
やがて、飛行体UAVが橋梁BR(図1参照)の下に進入しようとすると、GNSS衛星信号の受信状態が変化して、FIX解が得られない状態になる。すると、図4に示すように、コンパニオンコンピュータCCの切り換え機能は、RTK-GNSS測位機能の飛行体UAVの位置情報に代えて、センサ測位機能の飛行体UAVの位置情報をフライトコントローラFCに供給するようになる。例えば、短時間(例えば1秒以内)に、コンパニオンコンピュータCCの切り換え機能は、RTK-GNSS測位機能の飛行体UAVの位置情報をセンサ測位機能の飛行体UAVの位置情報にフライトコントローラFCに供給するようになる。つまり、タイムラグがほとんどない状態でフライトコントローラFCに供給する飛行体UAVの位置情報を変更できる。しかも、センサ測位機能の飛行体UAVの情報をフライトコントローラFCに供給するようになった際には、センサ測位機能は、最後にFIX解が得られたときのRTK-GNSS測位機能が算出した飛行体UAVの位置(基準位置)の位置情報に基づいて飛行体UAVの現在位置の位置情報を算出する。すると、基準位置と現在位置とのズレも小さくできるので、飛行制御の安定性を維持できる
<Transfer from GNSS environment to non-GNSS environment>
Eventually, when the air vehicle UAV tries to enter under the bridge BR (see FIG. 1), the reception condition of the GNSS satellite signal changes and a FIX solution cannot be obtained. Then, as shown in FIG. 4, the switching function of the companion computer CC supplies the position information of the flying object UAV of the sensor positioning function to the flight controller FC instead of the positional information of the flying object UAV of the RTK-GNSS positioning function. become. For example, within a short period of time (eg, within 1 second), the switching function of the companion computer CC supplies the position information of the air vehicle UAV of the RTK-GNSS positioning function to the position information of the air vehicle UAV of the sensor positioning function to the flight controller FC. become. In other words, the position information of the flying object UAV supplied to the flight controller FC can be changed with almost no time lag. Moreover, when the information of the flying object UAV of the sensor positioning function is supplied to the flight controller FC, the sensor positioning function will be the flight calculated by the RTK-GNSS positioning function when the FIX solution was finally obtained. Position information of the current position of the flying object UAV is calculated based on the position information of the position (reference position) of the UAV. Then, the deviation between the reference position and the current position can be reduced, so the stability of flight control can be maintained.

しかも、センサ測位機能の飛行体UAVの位置情報は、RTK-GNSS測位機能の飛行体UAVの位置情報と同じNMEAフォーマットの情報としてフライトコントローラFCに供給される。すると、フライトコントローラFCは、センサ測位機能の飛行体UAVの位置情報を、RTK-GNSS測位機能の飛行体UAVの位置情報が継続して供給されているとみなして飛行体UAVの飛行を制御するので、フライトコントローラFCによる飛行体UAVの安定した飛行制御を維持できる。 Moreover, the position information of the flying object UAV of the sensor positioning function is supplied to the flight controller FC as information in the same NMEA format as the position information of the flying object UAV of the RTK-GNSS positioning function. Then, the flight controller FC considers that the position information of the flying object UAV of the sensor positioning function is continuously supplied with the position information of the flying object UAV of the RTK-GNSS positioning function, and controls the flight of the flying object UAV. Therefore, stable flight control of the air vehicle UAV by the flight controller FC can be maintained.

<非GNSS環境での移動>
飛行体UAVが橋梁BRの下などの非GNSS環境に進入すると、RTK-GNSS測位機能はFIX解が得られない。したがって、図1に示すように、橋梁の下などを飛行体UAVが移動する間は、コンパニオンコンピュータCCはセンサ測位機能の飛行体UAVの位置情報をフライトコントローラFCに供給し、飛行ルートに沿って飛行体UAVが移動するように制御する。この場合でも、センサ測位機能は、6つのIMUステレオカメラICの情報に基づいたVisual Odometryによって飛行体UAVの位置を算出するので、算出される飛行体UAVの位置の精度を高くできる。ここで、非GNSS環境においては、前後左右方向より上下方向の撮影範囲に画像特徴が豊富となるため、カメラ選択機能は、上下カメラの推定結果の重みを大きくすることで,Visual Odometryによる位置推定精度を向上させる。なお、非GNSS環境においても、RTK-GNSS測位機能は測位解の算出を常時実施する。
<Movement in a non-GNSS environment>
When an air vehicle UAV enters a non-GNSS environment, such as under a bridge BR, the RTK-GNSS positioning function fails to obtain a FIX solution. Thus, as shown in FIG. 1, while an air vehicle UAV is moving, such as under a bridge, the companion computer CC provides position information of the air vehicle UAV for the sensor positioning function to the flight controller FC, allowing it to follow the flight route. Control the air vehicle UAV to move. Even in this case, the sensor positioning function calculates the position of the flying object UAV by Visual Odometry based on the information of the six IMU stereo camera ICs, so the calculated position of the flying object UAV can be highly accurate. Here, in a non-GNSS environment, image features are more abundant in the vertical direction than in the front, back, left, and right directions, so the camera selection function increases the weight of the estimation result of the upper and lower cameras, so that position estimation by Visual Odometry Improve accuracy. Note that the RTK-GNSS positioning function always calculates the positioning solution even in the non-GNSS environment.

<非GNSS環境からGNSS環境への移動>
飛行体UAVが橋梁BRの下から脱出すると、GNSS衛星信号の受信状態が変化して、FIX解が得られる状態になる。この状態では、現在の飛行体UAVの位置と切り換わる直前の飛行体UAVの位置との間に大きな差が生じている可能性がある。つまり、センサ測位機能の累積誤差に起因する位置の差が生じる可能性がある。その状態でRTK-GNSS測位機能の飛行体UAVの位置情報を用いて飛行体UAVが飛行ルートに沿って移動するように制御すると、急激な位置変更による飛行体UAVの異常移動が発生する可能性がある。
<Moving from a non-GNSS environment to a GNSS environment>
When the air vehicle UAV escapes from under the bridge BR, the reception condition of GNSS satellite signals changes and becomes a condition in which a FIX solution can be obtained. In this state, there may be a large difference between the current position of the air vehicle UAV and the position of the air vehicle UAV immediately before switching. That is, there may be position differences due to accumulated errors in the sensor positioning function. In that state, if the UAV is controlled to move along the flight route using the position information of the UAV of the RTK-GNSS positioning function, there is a possibility that the abnormal movement of the UAV will occur due to a sudden position change. There is

このため、図5に示すように、コンパニオンコンピュータCCの切り換え機能は、センサ測位機能が算出する飛行体UAVの位置情報をとRTK-GNSS測位機能が算出する飛行体UAVの位置情報とが一致するまでは、センサ測位機能が算出する飛行体UAVの補正位置情報をフライトコントローラFCに供給する。やがて、センサ測位機能が算出する位置とRTK-GNSS測位機能が算出する位置とが一致すると、コンパニオンコンピュータCCの切り換え機能は、RTK-GNSS測位機能の飛行体UAVの位置情報をフライトコントローラFCに供給し、フライトコントローラFCは、RTK-GNSS測位機能の飛行体UAVの位置情報を用いて飛行体UAVが飛行ルートに沿って移動するように制御する。 Therefore, as shown in FIG. 5, the switching function of the companion computer CC ensures that the position information of the flying object UAV calculated by the sensor positioning function matches the position information of the flying object UAV calculated by the RTK-GNSS positioning function. Until then, the corrected position information of the flying object UAV calculated by the sensor positioning function is supplied to the flight controller FC. Eventually, when the position calculated by the sensor positioning function and the position calculated by the RTK-GNSS positioning function match, the switching function of the companion computer CC supplies the position information of the aircraft UAV of the RTK-GNSS positioning function to the flight controller FC. Then, the flight controller FC uses the position information of the flying object UAV of the RTK-GNSS positioning function to control the flying object UAV to move along the flight route.

以上のように制御すれば、飛行体UAVがGNSS環境と非GNSS環境を跨いで移動する場合でも、スムースに飛行体UAVを自律飛行させることができる。 By controlling as described above, even when the UAV moves between the GNSS environment and the non-GNSS environment, the UAV can smoothly fly autonomously.

本発明の飛行体の制御方法によって、飛行体をGNSS環境と非GNSS環境との間をスムースに移行できることを確認した。 It has been confirmed that the vehicle control method of the present invention allows the vehicle to smoothly transition between a GNSS environment and a non-GNSS environment.

実験では、3つ推進ロータが機体の重心を中心とする円周上に等角度間隔で配設された飛行体(試験用トライコプタ)を使用した(図3参照)。 In the experiment, we used an aircraft (test tricopter) in which three propulsion rotors were arranged at equal angular intervals on the circumference centered on the center of gravity of the aircraft (see Fig. 3).

試験用トライコプタには、6台のIMUステレオカメラを搭載した。本実験では、IMUステレオカメラとして、視覚的オドメトリ処理機能が搭載されているトラッキングカメラ(Intel Real sense T265)を使用した。 The test tricopter was equipped with six IMU stereo cameras. In this experiment, a tracking camera (Intel Real sense T265) equipped with a visual odometry processing function was used as an IMU stereo camera.

RTK-GNSS測位モジュールには、mosaic-X5(Septentrio)およびアンテナを使用した。
磁気方位センサには、IST8310(CUAV NEOv2)を使用した。
The RTK-GNSS positioning module used mosaic-X5 (Septentrio) and an antenna.
IST8310 (CUAV NEOv2) was used for the magnetic orientation sensor.

コンパニオンコンピュータには、Jetson Nano(Nvidia)を使用した。フライトコントローラには、ArduCopter-4.0.7をカスタマイズしたNora(CUAV)を使用した。 A Jetson Nano (Nvidia) was used as the companion computer. Nora (CUAV) customized ArduCopter-4.0.7 was used as the flight controller.

図6に示すように、実験では、試験用トライコプタが徳島の四国三郎橋の外部から四国三郎橋の下に進入し、その後四国三郎橋の下から離脱するように自律飛行させた。また、図7に示すように、橋の橋台と橋脚の間にはウェイポイントを用意し、このウェイポイントを試験用トライコプタが通過するように、自律飛行ルートを設定した。 As shown in Fig. 6, in the experiment, the test tricopter was allowed to fly autonomously so as to enter under the Shikoku Saburo Bridge from the outside of the Shikoku Saburo Bridge in Tokushima, and then leave from under the Shikoku Saburo Bridge. In addition, as shown in Fig. 7, a waypoint was prepared between the abutment and the pier of the bridge, and an autonomous flight route was set so that the test tricopter would pass through this waypoint.

飛行体には光学マーカを取り付け、飛行体の飛行軌跡と飛行体の姿勢を実測データとして取得した。飛行体の飛行軌跡は、モーションキャプチャシステムにより取得した。 An optical marker was attached to the flying object, and the flight trajectory and attitude of the flying object were obtained as actual measurement data. The flight trajectory of the flying object was acquired by a motion capture system.

以下に実験結果を示す。
図8(B)はモーションキャプチャで得られた飛行軌跡、つまり、実測データの飛行軌跡であるが、図8(A)に示す衛星画像上にフライトコントローラで推定された飛行軌跡をプロットしたものと一致している。つまり、本発明の飛行制御方法によって、GNSS環境と非GNSS環境において、フライトコントローラで自己位置と軌道のデータがシームレスに推定されていることが確認できた。
Experimental results are shown below.
FIG. 8B shows the flight trajectory obtained by motion capture, that is, the flight trajectory of the actually measured data. Match. In other words, it was confirmed that the flight controller seamlessly estimated the self-position and trajectory data in the GNSS environment and the non-GNSS environment by the flight control method of the present invention.

本発明の飛行体の制御方法は、橋梁、構造物等の点検や災害観測や環境調査などに使用する飛行体の自律飛行を制御する制御方法としても適している。 The flying object control method of the present invention is also suitable as a control method for controlling the autonomous flight of flying objects used for inspection of bridges, structures, etc., disaster observation, environmental surveys, and the like.

UAV 飛行体
B 機体
BB 機体本体
BA アーム
R ロータ
RT 姿勢調整機構
C 制御部
CC コンパニオンコンピュータ
FC フライトコントローラ
GR GNSS受信機
IC IMUステレオカメラ
MS 磁気方位センサ
MR 記憶部
UAV Aircraft B Airframe BB Airframe main body BA Arm R Rotor RT Attitude adjustment mechanism C Control section CC Companion computer FC Flight controller GR GNSS receiver IC IMU stereo camera MS Magnetic direction sensor MR Storage section

Claims (6)

飛行体の位置情報に基づいて所定の飛行ルートに沿って自律飛行する飛行体の制御方法であって、
飛行体は、
GNSS衛星信号に基づいてRTK-GNSS測位により飛行体の位置を推定するRTK-GNSS測位機能と、
飛行体に搭載された光学センサによる測位により飛行体の位置を推定するセンサ測位機能と、
飛行体に搭載された光学センサにより周囲の物体との距離を測定する測域機能と、
飛行体に搭載された磁気方位センサよって飛行体の機首方向を推定する方位取得機能と、前記RTK-GNSS測位機能または前記センサ測位機能により得られた飛行体の位置情報と、前記測域機能により得られた距離情報と、前記方位取得機能により得られた機首方向情報と、に基づいて飛行体の飛行を制御する飛行制御機能と、
を有する制御部を備えており、
前記RTK-GNSS測位機能および前記センサ測位機能は、
いずれもNMEAフォーマットにより前記飛行制御機能に対して飛行体の位置情報を提供する機能を有しており、
前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得た場合には、前記制御部の飛行制御機能は前記RTK-GNSS測位機能から得られる飛行体の位置情報に基づいて飛行体の飛行を制御し、
前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られない場合には、前記制御部の飛行制御機能は前記センサ測位機能から得られる飛行体の位置情報に基づいて飛行体の飛行を制御し、
前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られるGNSS環境から前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られない非GNSS環境に移行する際には、前記制御部の飛行制御機能は、前記センサ測位機能における測定原点として前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られない状況となる直前に前記RTK-GNSS測位機能で取得された位置を適用して、前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られなくなったタイミングで前記センサ測位機能から得られる飛行体の位置情報に基づいて飛行体の飛行を制御する状態に短時間で移行し、
前記GNSS測位機能がFIX解を得られない非GNSS環境から前記GNSS測位機能がFIX解を得られるGNSS環境に移行する際には、前記制御部の飛行制御機能は、前記GNSS測位機能がFIX解を得られる状況となる直前に前記センサ測位機能が推定した絶対座標系における飛行体の位置と前記GNSS測位機能で推定された飛行体の絶対座標系における位置との差を一定の時間をかけて解消するように前記センサ測位機能が推定した絶対座標系における飛行体の位置を調整する
ことを特徴とする飛行体の制御方法。
A control method for a flying object that autonomously flies along a predetermined flight route based on position information of the flying object ,
the aircraft is
An RTK-GNSS positioning function for estimating the position of the aircraft by RTK-GNSS positioning based on GNSS satellite signals;
A sensor positioning function that estimates the position of the flying object by positioning with an optical sensor mounted on the flying object;
A ranging function that measures the distance to surrounding objects with an optical sensor mounted on the flying object,
An azimuth acquisition function for estimating the nose direction of the aircraft using a magnetic heading sensor mounted on the aircraft, position information of the aircraft obtained by the RTK-GNSS positioning function or the sensor positioning function, and the range finding function. a flight control function for controlling the flight of the aircraft based on the distance information obtained by and the nose direction information obtained by the heading acquisition function;
is provided with a control unit having
The RTK-GNSS positioning function and the sensor positioning function are
Both have the function of providing the position information of the flying object to the flight control function in the NMEA format,
When the RTK-GNSS positioning function obtains a FIX solution, the flight control function of the control unit controls the flight of the aircraft based on the position information of the aircraft obtained from the RTK-GNSS positioning function,
When the RTK-GNSS positioning function cannot obtain a FIX solution, the flight control function of the control unit controls the flight of the aircraft based on the position information of the aircraft obtained from the sensor positioning function ,
When transitioning from a GNSS environment in which the RTK-GNSS positioning function can obtain a FIX solution to a non-GNSS environment in which the RTK-GNSS positioning function cannot obtain a FIX solution, the flight control function of the control unit performs the sensor positioning Applying the position obtained by the RTK-GNSS positioning function just before the situation where the RTK-GNSS positioning function cannot obtain the FIX solution as a measurement origin in the function, the RTK-GNSS positioning function obtains the FIX solution. quickly shift to a state in which the flight of the flying object is controlled based on the position information of the flying object obtained from the sensor positioning function at the timing when it is no longer possible,
When transitioning from a non-GNSS environment in which the GNSS positioning function cannot obtain FIX solutions to a GNSS environment in which the GNSS positioning functions can The difference between the position of the flying object in the absolute coordinate system estimated by the sensor positioning function and the position of the flying object in the absolute coordinate system estimated by the GNSS positioning function immediately before the situation becomes available, over a certain period of time adjust the position of the vehicle in the absolute coordinate system estimated by the sensor positioning function to eliminate
A control method for a flying object, characterized by:
前記光学センサが、
飛行体の前後方向、左右方向および上下方向をそれぞれ撮影する6つのIMUステレオカメラを備えており、
前記センサ測位機能は、
Visual Odometryにより、6つのIMUステレオカメラの情報に基づいてそれぞれ飛行体の位置を推定し、推定した複数の飛行体の位置の中央値に基づいて飛行体の位置を推定する
ことを特徴とする請求項1記載の飛行体の制御方法。
The optical sensor is
Equipped with six IMU stereo cameras that capture the forward and backward directions, the left and right directions, and the vertical direction of the aircraft ,
The sensor positioning function is
Visual Odometry estimates the position of each flying object based on information from six IMU stereo cameras, and estimates the position of the flying object based on the median value of the estimated positions of multiple flying objects.
2. The method for controlling a flying object according to claim 1, wherein:
前記制御部は、
飛行体の位置推定に使用するIMUステレオカメラの信号を飛行体の飛行シーンにあわせて変更するカメラ選択機能を有しており、
該カメラ選択機能は、
GNSS環境においては、前後方向および左右方向を撮影するIMUステレオカメラの情報に基づいて得られる飛行体の位置に基づいて飛行体の位置を推定し、
非GNSS環境においては、6つの飛行体の位置の推定において、上下を撮影するIMUステレオカメラの情報に基づいて得られる飛行体の位置の重みを大きくして飛行体の位置を推定する
ことを特徴とする請求項2記載の飛行体の制御方法。
The control unit
It has a camera selection function that changes the signal of the IMU stereo camera used for estimating the position of the aircraft according to the flight scene of the aircraft.
The camera selection function is
In the GNSS environment, estimating the position of the flying object based on the position of the flying object obtained based on the information of the IMU stereo camera that shoots in the front and back direction and the left and right direction,
In a non-GNSS environment, in estimating the position of six flying objects, the position of the flying object is estimated by increasing the weight of the position of the flying object obtained based on the information of the IMU stereo camera that shoots up and down. > The control method of the flying object according to claim 2, characterized in that:
機体と、
該機体に設けられた推進ロータと、
GNSS衛星信号を受信するGNSS受信機と、
前記機体の周囲の状況を測定する光学センサと、
前記GNSS受信機が受信するGNSS衛星信号および/または前記光学センサが取得する情報に基づいて、前記推進ロータの作動を制御して前記機体の自律飛行を制御する制御部と、を備え、
該制御部は、
前記GNSS受信機が受信するGNSS衛星信号に基づいてRTK-GNSS測位により前記機体の位置を推定するRTK-GNSS測位機能と、
前記機体に搭載された光学センサによる測位により該機体の位置を推定するセンサ測位機能と、
前記機体に搭載された光学センサにより周囲の物体との距離を測定する測域機能と、
前記機体に搭載された磁気方位センサよって飛行体の機首方向を推定する方位取得機能と、
前記RTK-GNSS測位機能または前記センサ測位機能により得られた前記機体の位置情報と、前記測域機能により得られた距離情報と、前記方位取得機能により得られた機首方向情報と、に基づいて該機体の飛行を制御する飛行制御機能と、を備えており、
前記RTK-GNSS測位機能および前記センサ測位機能は、
いずれもNMEAフォーマットにより前記飛行制御機能に対して飛行体の位置情報を提供する機能を有しており、
前記制御部は、
前記RTK-GNSS測位機能および前記センサ測位機能による前記機体の位置の把握を常時実施し、
前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得た場合には、前記制御部は前記RTK-GNSS測位機能から得られる前記機体の位置情報に基づいて前記機体の飛行を制御し、
前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られない場合には、前記制御部は前記センサ測位機能から得られる前記機体の位置情報に基づいて前記機体の飛行を制御する機能を有しており、
前記制御部の飛行制御機能は、
前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られるGNSS環境から前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られない非GNSS環境に移行する際には、前記RTK-GNSS測位機能がFIX解を得られなくなったタイミングで、前記センサ測位機能から得られる前記機体の位置情報に基づいて該機体の飛行を制御する状態に移行する機能と、
前記GNSS測位機能がFIX解を得られない非GNSS環境から前記GNSS測位機能がFIX解を得られるGNSS環境に移行する際には、前記GNSS測位機能がFIX解を得られる状況となる直前に前記センサ測位機能が推定した絶対座標系における飛行体の位置と前記GNSS測位機能で推定された飛行体の絶対座標系における位置との差を一定の時間をかけて解消するように前記センサ測位機能が推定した絶対座標系における飛行体の位置を調整する機能と、を有している
ことを特徴とする飛行体。
Airframe and
a propulsion rotor provided on the fuselage;
a GNSS receiver for receiving GNSS satellite signals;
an optical sensor that measures the surroundings of the airframe;
a control unit that controls the operation of the propulsion rotor to control the autonomous flight of the aircraft based on the GNSS satellite signals received by the GNSS receiver and/or the information acquired by the optical sensor;
The control unit
An RTK-GNSS positioning function for estimating the position of the aircraft by RTK-GNSS positioning based on the GNSS satellite signals received by the GNSS receiver;
a sensor positioning function for estimating the position of the aircraft by positioning using an optical sensor mounted on the aircraft;
A ranging function that measures the distance to surrounding objects with an optical sensor mounted on the aircraft;
A direction acquisition function for estimating a nose direction of the aircraft using a magnetic direction sensor mounted on the aircraft;
Based on the position information of the aircraft obtained by the RTK-GNSS positioning function or the sensor positioning function, the distance information obtained by the range finding function, and the nose direction information obtained by the bearing acquisition function and a flight control function for controlling the flight of the aircraft,
The RTK-GNSS positioning function and the sensor positioning function are
Both have the function of providing the position information of the flying object to the flight control function in the NMEA format,
The control unit
Constantly grasping the position of the aircraft by the RTK-GNSS positioning function and the sensor positioning function,
When the RTK-GNSS positioning function obtains a FIX solution, the control unit controls the flight of the aircraft based on the position information of the aircraft obtained from the RTK-GNSS positioning function,
When the RTK-GNSS positioning function cannot obtain a FIX solution, the control unit has a function of controlling the flight of the aircraft based on the position information of the aircraft obtained from the sensor positioning function ,
The flight control function of the control unit is
When moving from a GNSS environment in which the RTK-GNSS positioning function can obtain a FIX solution to a non-GNSS environment in which the RTK-GNSS positioning function cannot obtain a FIX solution, the RTK-GNSS positioning function cannot obtain a FIX solution. A function of shifting to a state of controlling the flight of the aircraft based on the position information of the aircraft obtained from the sensor positioning function at the timing when the position of the aircraft is lost;
When moving from a non-GNSS environment in which the GNSS positioning function cannot obtain a FIX solution to a GNSS environment in which the GNSS positioning function can obtain a FIX solution, immediately before the GNSS positioning function can obtain a FIX solution, the The sensor positioning function is configured to eliminate the difference between the position of the flying object in the absolute coordinate system estimated by the sensor positioning function and the position of the flying object in the absolute coordinate system estimated by the GNSS positioning function over a certain period of time. and a function of adjusting the position of the aircraft in the estimated absolute coordinate system.
An aircraft characterized by:
前記光学センサが、
飛行体の前後方向、左右方向および上下方向をそれぞれ撮影する6つのIMUステレオカメラを備えており、
前記センサ測位機能は、
Visual Odometryにより、6つのIMUステレオカメラの情報に基づいてそれぞれ飛行体の位置を推定し、推定した複数の飛行体の位置の中央値に基づいて飛行体の位置を推定する
ことを特徴とする請求項4記載の飛行体。
The optical sensor is
Equipped with six IMU stereo cameras that capture the forward and backward directions, the left and right directions, and the vertical direction of the aircraft ,
The sensor positioning function is
Visual Odometry estimates the position of each flying object based on information from six IMU stereo cameras, and estimates the position of the flying object based on the median value of the estimated positions of multiple flying objects.
5. The aircraft according to claim 4, characterized in that:
前記制御部は、
飛行体の位置推定に使用するIMUステレオカメラの信号を飛行体の飛行シーンにあわせて変更するカメラ選択機能を有しており、
該カメラ選択機能は、
GNSS環境においては、前後方向および左右方向を撮影するIMUステレオカメラの情報に基づいて得られる飛行体の位置に基づいて飛行体の位置を推定し、
非GNSS環境においては、6つの飛行体の位置の推定において、上下を撮影するIMUステレオカメラの情報に基づいて得られる飛行体の位置の重みを大きくして飛行体の位置を推定する機能を有している
ことを特徴とする請求項5記載の飛行体。
The control unit
It has a camera selection function that changes the signal of the IMU stereo camera used for estimating the position of the aircraft according to the flight scene of the aircraft.
The camera selection function is
In the GNSS environment, estimating the position of the flying object based on the position of the flying object obtained based on the information of the IMU stereo camera that shoots in the front and back direction and the left and right direction,
In a non-GNSS environment, when estimating the position of six flying objects, it has a function to estimate the position of the flying object by increasing the weight of the position of the flying object obtained based on the information of the IMU stereo camera that shoots up and down. The aircraft according to claim 5, characterized in that :
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