WO2018110088A1 - 無人航空機、及び、無人航空機を制御するための方法 - Google Patents

無人航空機、及び、無人航空機を制御するための方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2018110088A1
WO2018110088A1 PCT/JP2017/038225 JP2017038225W WO2018110088A1 WO 2018110088 A1 WO2018110088 A1 WO 2018110088A1 JP 2017038225 W JP2017038225 W JP 2017038225W WO 2018110088 A1 WO2018110088 A1 WO 2018110088A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
control unit
aerial vehicle
unmanned aerial
abnormality
point
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/038225
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
岩倉　大輔
祐司 小川
信之 富樫
Original Assignee
株式会社自律制御システム研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社自律制御システム研究所 filed Critical 株式会社自律制御システム研究所
Priority to US16/464,274 priority Critical patent/US11442475B2/en
Priority to JP2018556227A priority patent/JP6665318B2/ja
Publication of WO2018110088A1 publication Critical patent/WO2018110088A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • G05D1/105—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft specially adapted for unpowered flight, e.g. glider, parachuting, forced landing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C13/00—Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
    • B64C13/02—Initiating means
    • B64C13/16—Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors
    • B64C13/18—Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors using automatic pilot
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • B64C39/024—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use of the remote controlled vehicle type, i.e. RPV
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D25/00—Emergency apparatus or devices, not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/24—Aircraft characterised by the type or position of power plants using steam or spring force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D31/00—Power plant control systems; Arrangement of power plant control systems in aircraft
    • B64D31/02—Initiating means
    • B64D31/06—Initiating means actuated automatically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D47/00—Equipment not otherwise provided for
    • B64D47/08—Arrangements of cameras
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
    • B64U10/16—Flying platforms with five or more distinct rotor axes, e.g. octocopters
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/0011—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots associated with a remote control arrangement
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/04—Control of altitude or depth
    • G05D1/06—Rate of change of altitude or depth
    • G05D1/0607—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft
    • G05D1/0653—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft during a phase of take-off or landing
    • G05D1/0676—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft during a phase of take-off or landing specially adapted for landing
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/02—Automatic approach or landing aids, i.e. systems in which flight data of incoming planes are processed to provide landing data
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2201/00—UAVs characterised by their flight controls
    • B64U2201/10—UAVs characterised by their flight controls autonomous, i.e. by navigating independently from ground or air stations, e.g. by using inertial navigation systems [INS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U30/00—Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
    • B64U30/20—Rotors; Rotor supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/10—Propulsion
    • B64U50/19—Propulsion using electrically powered motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U60/00—Undercarriages
    • B64U60/50—Undercarriages with landing legs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U70/00—Launching, take-off or landing arrangements
    • B64U70/80—Vertical take-off or landing, e.g. using rockets
    • B64U70/83—Vertical take-off or landing, e.g. using rockets using parachutes, balloons or the like

Definitions

  • the present invention relates to an unmanned aerial vehicle and a method for controlling the same, and more particularly, an unmanned aerial vehicle (rotary wing unmanned aircraft) having a plurality of rotors (rotary wings) and a method for controlling the same. It is about.
  • unmanned aerial vehicles sometimes called drones that fly by remote control or autonomous control are known.
  • Such an unmanned aerial vehicle is typically configured as a multicopter having a plurality of rotors (rotary blades), and is used in various fields including industrial use.
  • unmanned aerial vehicles are expected to be used in fields such as logistics, disaster response, infrastructure maintenance, surveying, agriculture, forestry and fisheries.
  • Patent Document 1 discloses the operation of such an unmanned aircraft during an abnormality. Specifically, in the case of an abnormality such as a battery and a motor, when the continuous flight is possible, the document lands according to a remote operation by the user while continuing the flight, and when the continuous flight is impossible, A multi-copter is disclosed that is configured to be unsealed using an air bag and a parachute.
  • the above-described conventional multicopter requires remote operation by the user when continuous flight is possible at the time of abnormality.
  • it corresponds to a case where an unmanned aircraft flies autonomously without remote operation by the user. Even if it is impossible to continue flying, it is inevitable to make a soft landing at an arbitrary position using an air bag or the like.
  • An embodiment of the present invention has an object to realize an unmanned aerial vehicle that can be properly landed in an emergency.
  • Other objects of the embodiments of the present invention will become apparent by referring to the entire specification.
  • An unmanned aerial vehicle is an unmanned aerial vehicle having a plurality of rotors, and includes a plurality of motors that respectively drive the plurality of rotors, and a control unit that controls at least the plurality of motors.
  • the control unit detects an abnormality during the flight, the control unit specifies an emergency landing point and controls at least some of the plurality of motors so as to land at the specified emergency landing point.
  • the emergency landing point can be specified using various methods.
  • the above-described unmanned aerial vehicle can be configured to identify an emergency landing point from among a plurality of predetermined points. More specifically, for example, the above-described unmanned aerial vehicle controls the plurality of motors so that the control unit automatically flies according to flight route information to a target point including one or more waypoints, When an abnormality is detected during the flight, the emergency landing point may be identified from among the plurality of predetermined points based at least on the waypoints that have passed.
  • the above-described unmanned aircraft further includes a position detection unit that detects a current position, and the control unit selects from among a plurality of predetermined points based at least on the current position detected by the position detection unit. It may be configured to identify an emergency landing point. Such a configuration supports simple identification of emergency landing points.
  • at least some of the predetermined plurality of points are set as arbitrary points by the operator or set in advance on the map.
  • the above-described unmanned aircraft may further include a photographing unit, and the control unit may be configured to identify the emergency landing point based at least on a ground image photographed by the photographing unit. More specifically, for example, in the above-described unmanned aerial vehicle, the control unit divides the ground image into a plurality of sections, determines the safety degree of each of the divided sections, and determines the plurality of determined Based on at least the degree of safety of each of the sections, the emergency landing point included in the ground image may be identified. For example, the control unit may be configured to determine a safety level of each of the plurality of sections using a learned model. Such a configuration assists in identifying an appropriate landing point based on ground images regardless of the position of the unmanned aerial vehicle when an abnormality occurs.
  • the above-described unmanned aircraft further includes a soft landing device for soft landing, and when the control unit detects an abnormality during flight and landing at a specific emergency landing point is impossible. , May be configured to operate the soft landing device.
  • the soft landing device may be configured as a device for soft landing using, for example, a parachute or an airbag. Such a configuration allows a soft landing when it is impossible to land at a specific point.
  • the above-described unmanned aircraft can be configured such that the control unit detects an abnormality based on information received from the outside.
  • the control unit is configured to receive the operation information or abnormality detection information based on the operation information from a cloud server that manages the operation information of the unmanned aircraft, and detect an abnormality based on the information. Can be done.
  • control unit controls the motor via the motor drive control unit, and detects an abnormality of the motor based at least on the operation information of the motor received from the motor drive control unit. To be configured.
  • a method according to an embodiment of the present invention is a method for controlling an unmanned aerial vehicle having a plurality of rotors, the step of identifying an emergency landing point when an abnormality is detected during flight, and the identified temporary landing point. Controlling at least some of the plurality of motors that respectively drive the plurality of rotors so as to land. Such a configuration enables an autonomous emergency landing at a specific point in the event of an abnormality.
  • the various embodiments of the present invention provide an unmanned aerial vehicle that arrives properly in case of an abnormality.
  • FIG. 1 is an external view of an unmanned aerial vehicle 1 according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a block diagram schematically showing the configuration of an unmanned aerial vehicle 1.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of processing executed when the unmanned aircraft 1 is in an abnormality.
  • the figure which shows an example of a flight route and an emergency landing point.
  • the figure which shows an example of the correspondence of the point contained in a flight route, and an emergency landing point.
  • the flowchart which shows an example of the process performed when specifying an emergency landing point based on the image on the ground.
  • segmented into the some section 41, and a safety degree is determined.
  • FIG. 1 is an external view of an unmanned aerial vehicle 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of the unmanned aircraft 1.
  • the unmanned aerial vehicle 1 includes a main body 10 that is a box-shaped member having a hexagonal shape when viewed from above, six arms 11 that extend linearly outward from the main body 10, and each arm. 11, six motors 12 provided one by one at the outer end of the motor 11, six rotors 13 provided one by one above each motor 12 and driven by the motor 12, and provided below the main body 10. Leg 14. The six rotors 13 are arranged at substantially equal intervals on a virtual circle centering on the main body 10.
  • the unmanned aerial vehicle 1 is configured as a multicopter that flies (ascending, descending, horizontally moving, changing direction, and the like) by lift and thrust generated by the rotation of the rotor 13.
  • the main body portion 10 is provided with a parachute storage portion 102 for storing a parachute on the upper surface thereof.
  • the unmanned aircraft 1 includes a control unit 20, a communication unit 22, various sensors 24, a position detection unit 25, a photographing unit 26, a storage unit 28 for storing information, and a parachute.
  • the apparatus 29 has a power source 30 that supplies power to each part of the unmanned aerial vehicle 1. At least some of these parts can be accommodated inside the box-shaped main body 10.
  • the control unit 20 is configured as a small computer, for example, and controls each unit of the unmanned aerial vehicle 1 including the motor 12.
  • the control unit 20 can be configured to perform higher-level control in addition to the control of the motor 12 and the like.
  • the control unit 20 comprehensively collects various information acquired through various sensors 24 described later. It can be configured to perform various operations such as sensor fusion to be evaluated automatically, various image processing, risk determination, AI (learned model such as a neural network).
  • the communication unit 22 performs wireless communication with a user device such as a remote control device (propo) used by a user (operator) and other unmanned aircraft.
  • a user device such as a remote control device (propo) used by a user (operator) and other unmanned aircraft.
  • the various sensors 24 include various sensors necessary for various controls of the unmanned aircraft 1.
  • the various sensors 24 include an altitude sensor (atmospheric pressure sensor), an orientation sensor (electronic compass), an acceleration sensor, a gyro sensor (angular velocity sensor), and the like.
  • the position detection unit 25 detects the current position of the unmanned aerial vehicle 1.
  • the position detection unit 25 includes a GPS receiver.
  • the photographing unit 26 is configured as a general digital camera capable of photographing still images and moving images.
  • the photographing unit 26 is provided on the lower surface of the main body unit 10 and is configured to be able to photograph an image in the ground direction (downward direction of the main body unit 10). An image photographed through the photographing unit 26 can be recorded in the storage unit 28.
  • the parachute device 29 includes a parachute stored in the parachute storage unit 102 and a known mechanism for releasing the parachute.
  • the unmanned aerial vehicle 1 flies by remote control using a remote control device by a user or autonomous control. Specifically, when the control unit 20 controls the motor 12 based on a flight command based on remote operation or autonomous control and various values input from the various sensors 24, the rotor 13 that is rotationally driven by the motor 12. The unmanned aerial vehicle 1 ascends, descends, horizontally moves, and changes direction due to the lift and thrust acting on the.
  • the six rotors 13 are configured such that the rotation directions of the two adjacent rotors 13 are opposite to each other, and the rotation directions of the two rotors 13 that are opposed via the main body 10 are the same direction. ing.
  • the unmanned aerial vehicle 1 hovers by balancing the gravity acting on the unmanned aircraft 1 itself and the upward force including lift that acts on the rotating rotor 13, and increases the number of rotations of the six rotors 13. It rises by increasing the upward force rather than the gravity, and descends by decreasing the rotational speed of the rotor 13 to make the upward force smaller than the gravity.
  • the unmanned aircraft 1 is inclined in a specific direction by changing the rotational speed of at least a part of the six rotors 13, and the rotation surface of the rotor 13 is inclined with respect to the horizontal along with the inclination. Due to the thrust component in the horizontal direction generated by For example, the unmanned aerial vehicle 1 makes the rotational speeds of the two rotors 13 located on the specific direction side among the six rotors 13 smaller than the rotational speeds of the two rotors 13 located on the opposite side of the specific direction. Thus, it is possible to move horizontally in the specific direction.
  • the unmanned aerial vehicle 1 has the rotational speed of the three rotors 13 rotating in a specific direction among the six rotors 13 smaller than the rotational speed of the three rotors 13 rotating in the opposite direction of the specific direction. By doing so, the direction is changed (horizontal rotation) in the specific direction.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of processing executed by the control unit 20 when an abnormality of the unmanned aircraft 1 is detected.
  • the process is executed, for example, when the control unit 20 detects an abnormality of the motor 12.
  • the abnormality of the motor 12 is detected based on, for example, current, voltage, vibration frequency, rotation speed, temperature, and the like.
  • the abnormality of the unmanned aircraft 1 is not limited to the abnormality of the motor 12.
  • the motor 12 is configured as a three-phase brushless motor, for example, and is driven by current control using known sensorless vector control.
  • an ESC Electronic Speed Controller, motor drive control unit
  • the current (or voltage) is determined using vector control.
  • the ESC drives the motor 12 in accordance with a PWM method in which an effective supply voltage is changed by changing a supply time ratio (duty ratio) of a constant voltage with a rotation speed command from the control unit 20 as an input, Operation information such as the rotation speed and current of the motor 12 is transmitted to the control unit 20.
  • the control part 20 can determine abnormality of the motor 12 by comparing the command value of the rotational speed of the motor 12 and the actual value received from ESC, for example, the said actual value is constant (ratio) If it is lower than the above, it can be determined that the motor 12 is abnormal. Further, if the load on the motor 12 increases, the current flowing through the motor 12 also increases. Therefore, the load on the motor 12 can be estimated by detecting the current of the motor 12, and the fluctuation, that is, the estimation of disturbance is estimated. Is also possible.
  • the control unit 20 can determine that the motor 12 is abnormal when an excessive disturbance is detected.
  • the control unit 20 first determines whether or not it is possible to arrive at a specific point (step S100). The determination can be performed by applying various criteria. For example, the control unit 20 determines whether it is possible to arrive at a specific point on the basis of the number and / or arrangement of the failed motors 12 among the six motors 12. For example, when the number of failed motors 12 is one, the control unit 20 determines that it is possible to arrive at a specific point, and when the number of failed motors 12 is two or more. Determines that it is impossible to arrive at a specific point.
  • control unit 20 specifies the temporary landing point (step S110).
  • the emergency arrival point specifies the emergency arrival point from among a plurality of predetermined points (candidates for the emergency arrival point).
  • the control unit 20 selects a candidate closest to the current position as a temporary landing point among a plurality of temporary landing point candidates.
  • a plurality of emergency landing points can be stored in advance in the storage unit 28, for example.
  • arbitrary points are set by the user, or are set in advance on the map as public takeoff / landing points or the like.
  • the unmanned aerial vehicle 1 in the present embodiment has an autonomous flight mode in which autonomous flight is performed along a predetermined flight route.
  • an autonomous flight mode in which autonomous flight is performed along a predetermined flight route.
  • the control unit 20 controls the motor 12 to fly along the flight route included in the flight route information stored in the storage unit 28 or the like.
  • the flight route includes one or more waypoints from the departure point to the destination point. Each point can be identified by geographic coordinates (latitude and longitude) and altitude.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a flight route.
  • a hexagon with a number of 1 indicates a starting point
  • a hexagon with a number of 2 to 7 indicates six waypoints
  • a number of 8 indicates The attached hexagon shows the destination point.
  • the flight route indicates that each point is moved in order according to the numerical order attached to the hexagon corresponding to each point.
  • the flight route information includes information on a plurality of (for example, three) emergency landing points that are candidates for the emergency landing point.
  • three circles with the letters A, B, and C indicate emergency landing points.
  • the emergency landing point can be a transit point on the flight route.
  • the control unit 20 identifies the emergency landing point based on the waypoints that have passed. Specifically, the control unit 20 specifies the emergency landing point according to the correspondence relationship between the passing point and the emergency landing point included in the flight route information.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a correspondence relationship between a passing point and an emergency landing point.
  • the route point 2 is not reached (when the passage point is only the departure point 1)
  • the departure point 1 is specified as the emergency arrival point.
  • emergency landing point A is specified as the emergency landing point
  • emergency landing point B is specified as the emergency landing point.
  • emergency landing point C is specified as the emergency landing point.
  • the destination point 8 is specified as the emergency landing point.
  • the three regions a in FIG. 4 indicate regions that may pass when flying from the flight route to the emergency landing point A, B, or C.
  • the flight route and the emergency landing point can be set so that these areas a become the flightable areas of the unmanned aircraft 1.
  • the emergency landing point can be specified using other methods.
  • the control unit 20 may specify the emergency landing point based on the ground image captured through the imaging unit 26. More specifically, the control unit 20 analyzes an image on the ground at that time, which is photographed via the photographing unit 26, and is included in the image (included in the visual field at the time of the photographing unit 26). In the area, a point that meets a predetermined condition is identified as a non-stop landing point.
  • the unmanned aircraft 1 is horizontally placed in an arbitrary direction. You may make it move and search for an appropriate emergency landing point.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of processing executed by the control unit 20 when specifying the emergency landing point in another embodiment of the present invention configured to specify the emergency landing point based on the ground image. is there.
  • the control unit 20 divides the ground image shot through the shooting unit 26 into a plurality of sections (step S200).
  • the image is divided into a plurality of sections each having a substantially square shape and arranged in a grid.
  • the shape and arrangement of the sections are not limited to this, and for example, the sections having a regular hexagonal shape may be arranged so as to have a honeycomb structure.
  • the section size (number of vertical and horizontal pixels) is set to an appropriate value according to the processing capability of the control unit 20.
  • the control unit 20 determines the safety level of each of the plurality of sections (step S210).
  • the degree of safety of each section is determined using a learned model (AI).
  • the learned model is configured as a neural network and is generated by machine learning using teacher data.
  • the teacher data (correct answer data) is a large number of images corresponding to the above section, and each image is labeled “safe” or “non-safe”. For example, “unsafe” labeling is performed on images with obstacles (people, objects, buildings, trees, etc.), and “safe” labeling is performed on images without such obstacles.
  • the learned model generated in this way is configured to output a corresponding safety level when an image of each section is input. The safety level is classified into “safe”, “non-safe”, and “unknown”.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining how the ground image 401 is divided into a plurality of sections 41 and the safety levels of the plurality of sections 41 are determined in steps S200 to S210.
  • an image 402 positioned at the top and bottom center shows a state where the image 401 positioned on the upper side is divided into a plurality of sections 41.
  • An image 403 located on the lower side shows a state in which the safety degree is determined for each of the plurality of sections 41.
  • a section 411 filled with gray is a section determined to be “safe”
  • a section 412 that is hatched is a section determined to be “unsafe”
  • the other sections 413 are The section is determined as “unknown”.
  • the control unit 20 identifies the emergency landing point based on the safety level determination result (step S220).
  • the unscheduled arrival point is identified using a heuristic algorithm (approximation algorithm), and is considered as a cost minimization problem using the following nonlinear cost function, for example.
  • f (x, u, ⁇ ) s (x) + ⁇ (x, ⁇ , d (x)) v (u)
  • x is the position in the image of each section (coordinates of the central portion of the section)
  • ⁇ is a parameter that represents the attitude (inclination direction and angle, etc.) of the unmanned aircraft 1
  • d (x) Is the distance between the unmanned aerial vehicle 1 and x (section)
  • u is a parameter that represents the emergency level of emergency landing.
  • the function s (x) is a function corresponding to the determination result of the safety level in each section. Specifically, when the safety level is “safe”, the function s (x) is a small value (cost), and the safety level is “non-safety”. "Is a large value (cost).
  • the function ⁇ (x, ⁇ , d (x)) is a function for estimating the energy consumed by the unmanned aerial vehicle 1 when landing on x (section). This function converts the plane on the image to the actual ground and estimates the distance from the unmanned aerial vehicle 1 to the actual ground position contained in the section.
  • the function v (u) is a function for giving a weight to the function ⁇ (x, ⁇ , d (x)) according to the urgency of emergency arrival.
  • the urgency level is determined by the control unit 20. For example, the urgency level when an abnormality of the motor 12 is detected is set higher than the urgency level when an abnormality of wireless communication is detected.
  • the value of the function f (x, u, ⁇ ) configured in this way becomes smaller as the safety degree is higher and the energy consumed when landing is smaller.
  • the control unit 20 identifies x (section) that minimizes the value of the function f (x, u, ⁇ ) as a landing point.
  • the control unit 20 next controls the motor 12 to land at the specified emergency landing point (step S ⁇ b> 120).
  • the control unit 20 causes the unmanned aircraft 1 to land at the emergency landing point using the five rotors 13 corresponding to the remaining five motors 12.
  • the flight control of the unmanned aerial vehicle 1 at the time of a motor failure or the like can be realized by applying a fault tolerance technique generally known to those skilled in the art. For example, articles written by Hossein Hashemi Nejad, Anthony Sauter, Samir Aberkane, Suzanne Lesecq et al. “Actuator fault tolerant control in experimental Networked Embedded mini Drone”, , Mark W.
  • the unmanned aerial vehicle 1 calculates a linear landing trajectory connecting from the current position to the emergency landing point (a specific section in the image), It is controlled to fly along the linear trajectory. And when the approach to the ground is detected using a proximity sensor or the like included in the unmanned aerial vehicle 1, the unmanned aerial vehicle 1 starts a predetermined soft landing autonomous control.
  • step S130 the control unit 20 releases the parachute (step S130). Specifically, the control unit 20 controls the parachute device 29 to release the parachute stored in the parachute storage unit 102 and stop all the motors 12. As a result, the unmanned aerial vehicle 1 softly lands near the current position.
  • the unmanned aerial vehicle 1 specifies the emergency landing point when an abnormality is detected during flight, and controls the motor 12 to land at the specified emergency landing point. It is possible to make an autonomous emergency landing. As described above, the embodiment of the present invention realizes an unmanned aerial vehicle that appropriately arrives at an abnormal time.
  • the control unit 20 may be configured to detect an abnormality based on information received from the outside.
  • the control unit 20 may detect an abnormality of the unmanned aerial vehicle 1 based on information from the cloud server that is received via the communication unit 22. (For example, the operation information of the motor 12) is collected and managed, and when the operation information itself is transmitted to the unmanned aircraft 1, or an abnormality is detected based on the operation information, an abnormality indicating the abnormality
  • the detection information is transmitted to the unmanned aircraft 1.
  • an abnormality detection board for detecting an abnormality may be provided physically independently of a board for performing flight control or the like.
  • the embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
  • the shape, number, arrangement, or the like of each member in the above-described embodiment is appropriately changed.
  • the number of rotors included in the unmanned aerial vehicle according to the embodiment of the present invention is not limited to six, and may be five or less or seven or more.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

本発明の一実施形態に係る無人航空機１は、異常時において適切に不時着する無人航空機を実現する。当該無人航空機１は、６つのロータ１３の回転によって生じる揚力及び推力により飛行するマルチコプターとして構成されている。当該無人航空機１は、飛行中において異常を検出した場合に不時着地点を特定し、特定した不時着地点に着陸するように、ロータ１３を駆動するモータ１２を制御する。この結果、異常時における特定の地点への自律的な不時着が可能となる。

Description

無人航空機、及び、無人航空機を制御するための方法
　本発明は、無人航空機、及び、これを制御するための方法に関するものであり、特に、複数のロータ（回転翼）を有する無人航空機（回転翼無人機）、及び、これを制御するための方法に関するものである。
　従来、遠隔操作又は自律制御によって飛行する無人航空機（ドローンと呼ばれることがある。）が知られている。こうした無人航空機は、典型的には、複数のロータ（回転翼）を有するマルチコプターとして構成され、産業用を含む様々な分野において用いられる。例えば、物流、災害対応、インフラ維持管理、測量、及び農林水産業等の分野において、こうした無人航空機の活用が期待されている。
　下記特許文献１は、こうした無人航空機の異常時における動作について開示する。具体的には、当該文献は、バッテリー及びモータ等の異常時において、継続飛行が可能な場合には、飛行を継続しつつユーザによる遠隔操作に従って着陸し、継続飛行が不可能な場合には、エアバック及びパラシュートを使用して不時着するように構成されたマルチコプターを開示している。
特開２０１６－０８８１１１号公報
　しかしながら、上述した従来のマルチコプターは、異常時において、継続飛行が可能な場合にユーザによる遠隔操作が必要となるから、例えば、無人航空機がユーザによる遠隔操作なしに自律飛行する場合には対応することができず、継続飛行が可能な場合であっても、エアバック等を使用して任意の位置に軟着陸せざるを得ない。このように、無人航空機の異常時における動作には改善の余地が残されている。
　本発明の実施形態は、異常時において適切に不時着する無人航空機を実現することを目的の一つとする。本発明の実施形態の他の目的は、本明細書全体を参照することにより明らかとなる。
　本発明の一実施形態に係る無人航空機は、複数のロータを有する無人航空機であって、前記複数のロータをそれぞれ駆動する複数のモータと、少なくとも前記複数のモータを制御する制御部と、を備え、前記制御部が、飛行中において異常を検出した場合に、不時着地点を特定し、特定した不時着地点に着陸するように前記複数のモータの少なくとも一部を制御する。こうした構成は、異常時における特定の地点への自律的な不時着を可能とする。
　ここで、不時着地点は、様々な手法を用いて特定され得る。例えば、上述した無人航空機は、所定の複数の地点の中から不時着地点を特定する、ように構成され得る。より具体的には、例えば、上述した無人航空機は、前記制御部が、１又は複数の経由地点を含む目標地点までの飛行ルート情報に従って自動的に飛行するように前記複数のモータを制御し、飛行中において異常を検出した場合に、通過した経由地点に少なくとも基づいて前記所定の複数の地点の中から不時着地点を特定する、ように構成され得る。また、例えば、上述した無人航空機は、現在位置を検出する位置検出部を更に備え、前記制御部が、前記位置検出部によって検出される現在位置に少なくとも基づいて、所定の複数の地点の中から不時着地点を特定する、ように構成され得る。こうした構成は、不時着地点の簡易な特定を支援する。なお、所定の複数の地点の少なくとも一部は、操作者によって任意の地点が設定されており、又は、地図上に予め設定されている。
　また、例えば、上述した無人航空機は、撮影部を更に備え、前記制御部が、前記撮影部によって撮影された地上の画像に少なくとも基づいて不時着地点を特定する、ように構成され得る。より具体的には、例えば、上述した無人航空機は、前記制御部が、前記地上の画像を複数のセクションに分割し、分割した前記複数のセクションの各々の安全度を判定し、判定した前記複数のセクションの各々の安全度に少なくとも基づいて、前記地上の画像に含まれる不時着地点を特定する、ように構成され得る。例えば、制御部は、学習済みモデルを用いて前記複数のセクションの各々の安全度を判定するように構成され得る。こうした構成は、異常が発生したときの無人航空機の位置にかかわらず、地上の画像に基づいて、適切な不時着地点を特定することを支援する。
　また、上述した無人航空機は、軟着陸するための軟着陸用装置を更に備え、前記制御部が、飛行中において異常を検出した場合であって、特定の不時着地点への着陸が不可能である場合に、前記軟着陸用装置を作動する、ように構成され得る。ここで、軟着陸用装置は、例えば、パラシュート、又は、エアバッグを用いて軟着陸するための装置として構成され得る。こうした構成は、特定の地点への不時着が不可能である場合における軟着陸を可能とする。
　また、上述した無人航空機は、前記制御部が、外部から受信した情報に基づいて異常を検出する、ように構成され得る。例えば、制御部は、無人航空機の稼働情報を管理するクラウドサーバから、当該稼働情報、又は、当該稼働情報に基づく異常検出情報を受信し、これらの情報に基づいて異常を検出する、ように構成され得る。
　また、上述した無人航空機は、前記制御部が、モータ駆動制御部を介して前記モータを制御し、前記モータ駆動制御部から受信する前記モータの稼働情報に少なくとも基づいて、前記モータの異常を検出する、ように構成され得る。
　本発明の一実施形態に係る方法は、複数のロータを有する無人航空機を制御するための方法であって、飛行中において異常を検出した場合に不時着地点を特定するステップと、特定した不時着地点に着陸するように、前記複数のロータをそれぞれ駆動する複数のモータの少なくとも一部を制御するステップと、を備える。こうした構成は、異常時における特定の地点への自律的な不時着を可能とする。
　本発明の様々な実施形態は、異常時において適切に不時着する無人航空機を実現する。
本発明の一実施形態に係る無人航空機１の外観図。 無人航空機１の構成を概略的に示すブロック図。 無人航空機１の異常時に実行される処理の一例を示すフローチャート。 飛行ルート及び緊急着陸地点の一例を示す図。 飛行ルートに含まれる地点と不時着地点との対応関係の一例を示す図。 地上の画像に基づいて不時着地点を特定する際に実行される処理の一例を示すフローチャート。 画像４０１が複数のセクション４１に分割されて安全度が判定される様子を説明するための図。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る無人航空機１の外観図であり、図２は、無人航空機１の構成を概略的に示すブロック図である。
　無人航空機１は、図１に示すように、上から見た輪郭が六角形の箱型の部材である本体部１０と、本体部１０から外側に直線状に延びる６つのアーム１１と、各アーム１１の外側端部に１つずつ設けられた６つのモータ１２と、各モータ１２の上側に１つずつ設けられ当該モータ１２によって駆動される６つのロータ１３と、本体部１０の下側に設けられた脚部１４とを有する。６つのロータ１３は、本体部１０を中心とする仮想的な円上に略等間隔で配置されている。無人航空機１は、これらのロータ１３の回転によって生じる揚力及び推力により飛行（上昇、下降、水平移動、及び、方向転換等）するマルチコプターとして構成されている。
　図１に示すように、本体部１０は、その上面に、パラシュートが格納されるパラシュート格納部１０２が設けられている。
　また、図２に示すように、無人航空機１は、制御部２０と、通信部２２と、各種センサ２４と、位置検出部２５と、撮影部２６と、情報を記憶する記憶部２８と、パラシュート装置２９と、無人航空機１の各部に電力を供給する電源３０とを有する。これらの各部の少なくとも一部は、箱型の本体部１０の内部に収容され得る。
　制御部２０は、例えば、小型のコンピュータとして構成され、モータ１２を含む無人航空機１の各部を制御する。本実施形態において、制御部２０は、モータ１２等の制御に加えて、より高度な制御を行うように構成することができ、例えば、後述する各種センサ２４を介して取得した様々な情報を総合的に評価するセンサ・フュージョン、各種の画像処理、リスク判定、ＡＩ（ニューラルネットワーク等の学習済みモデル等）による各種の演算等を行うように構成され得る。
　通信部２２は、ユーザ（操作者）が使用する遠隔操作装置（プロポ）等のユーザ装置、並びに、他の無人航空機等との間で無線通信を行う。
　各種センサ２４は、無人航空機１の各種の制御に必要な様々なセンサを含む。例えば、各種センサ２４には、高度センサ（気圧センサ）、方位センサ（電子コンパス）、加速度センサ、及び、ジャイロセンサ（角速度センサ）等が含まれる。
　位置検出部２５は、無人航空機１の現在位置を検出する。例えば、位置検出部２５は、ＧＰＳ受信機を含む。
　撮影部２６は、静止画像及び動画像を撮影可能な一般的なデジタルカメラとして構成されている。本実施形態において、撮影部２６は、本体部１０の下面に設けられており、地上方向（本体部１０の下方向）の画像を撮影できるように構成されている。撮影部２６を介して撮影された画像は、記憶部２８に記録され得る。
　パラシュート装置２９は、パラシュート格納部１０２に格納されているパラシュート、及び、当該パラシュートを放出するための公知の機構を含む。
　次に、このように構成された無人航空機１の動作について説明する。まず、無人航空機１の正常時における動作について説明する。無人航空機１は、ユーザによる遠隔操作装置を用いた遠隔操作、又は、自律制御によって飛行する。具体的には、遠隔操作又は自律制御に基づく飛行指令、及び、各種センサ２４から入力される各種の値に基づいて制御部２０がモータ１２を制御すると、当該モータ１２によって回転駆動されるロータ１３に作用する揚力及び推力により、無人航空機１は、上昇、下降、水平移動、及び、方向転換する。なお、６つのロータ１３は、隣接する２つのロータ１３の回転方向が相互に逆方向となり、且つ、本体部１０を介して対向する２つのロータ１３の回転方向が同方向となるように構成されている。
　例えば、無人航空機１は、無人航空機１自体に作用する重力と、回転するロータ１３に作用する揚力を含む上向きの力とをバランスさせることによりホバリングし、６つのロータ１３の回転数を増加させて重力よりも上向きの力を大きくすることにより上昇し、ロータ１３の回転数を減少させて重力よりも上向きの力を小さくすることにより下降する。
　また、例えば、無人航空機１は、６つのロータ１３の少なくとも一部の回転数を変化させることにより特定の方向に傾斜し、当該傾斜に伴ってロータ１３の回転面が水平に対して傾斜することによって生じる水平方向の推力成分により、当該特定の方向に水平移動する。例えば、無人航空機１は、６つのロータ１３のうち特定の方向側に位置する２つのロータ１３の回転数を、当該特定の方向の反対側に位置する２つのロータ１３の回転数よりも小さくすることにより、当該特定の方向に水平移動することができる。
　また、例えば、無人航空機１は、６つのロータ１３のうち特定の方向に回転する３つのロータ１３の回転数を、当該特定の方向の反対方向に回転する３つのロータ１３の回転数よりも小さくすることにより、当該特定の方向に方向転換（水平回転）する。
　次に、無人航空機１の異常時における動作について説明する。図３は、無人航空機１の異常が検出されたときに制御部２０によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。当該処理は、例えば、制御部２０がモータ１２の異常を検出したときに実行される。モータ１２の異常は、例えば、電流、電圧、振動数、回転数、及び温度等に基づいて検出される。本発明の実施形態において、無人航空機１の異常は、モータ１２の異常に限定されず、モータ１２の他、電源３０又はその他の各部の異常、及び、通信部２２を介した無線通信の異常等が含まれ得る。
　本実施形態において、モータ１２は、例えば、三相ブラシレスモータとして構成され、公知のセンサレスベクトル制御を用いた電流制御によって駆動される。具体的には、ＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｐｅｅｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、モータ駆動制御部）が、ロータの回転位置を誘起電圧等に基づいて推定し、推定した回転位置に基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相に供給する電流（又は電圧）を、ベクトル制御を用いて決定する。
　例えば、ＥＳＣが、制御部２０からの回転速度指令を入力として、一定電圧の供給時間比（デューティ比）を変化させることによって実効的な供給電圧を変化させるＰＷＭ方式に従ってモータ１２を駆動すると共に、モータ１２の回転速度及び電流等の稼働情報を制御部２０に送信する。そして、制御部２０は、モータ１２の回転速度の指令値と、ＥＳＣから受信する実測値とを比較することによってモータ１２の異常を判定することができ、例えば、当該実測値が、一定（比率）以上低い場合にモータ１２の異常と判定することができる。また、モータ１２の負荷が大きくなれば、モータ１２に流れる電流も大きくなるから、モータ１２の電流を検出することにより、モータ１２の負荷を推定することが可能となり、その変動、すなわち外乱の推定も可能となる。そして、制御部２０は、過大な外乱が検出された場合に、モータ１２の異常と判定することができる。
　図３に戻り、無人航空機１の異常が検出されると、制御部２０は、まず、特定の地点への不時着が可能であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。当該判定は、様々な基準を適用して行われ得る。例えば、制御部２０は、６つのモータ１２のうち故障したモータ１２の数及び／又は配置に基づいて、特定の地点への不時着が可能であるか否かを判定する。例えば、制御部２０は、故障したモータ１２の数が１つである場合には、特定の地点への不時着が可能であると判定し、故障したモータ１２の数が２つ以上である場合には、特定の地点への不時着が不可能であると判定する。
　そして、特定の地点への不時着が可能であると判定されると（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、制御部２０は、不時着地点を特定する（ステップＳ１１０）。本実施形態において、不時着地点は、予め定められた複数の地点（不時着地点の候補）の中から不時着地点を特定する。この場合、制御部２０は、例えば、位置検出部２５によって検出された無人航空機１の現在位置に基づいて、複数の不時着地点の候補のうち、現在位置から最も近い候補を不時着地点として選択する。複数の不時着地点は、例えば、記憶部２８に予め記憶され得る。複数の不時着地点は、ユーザによって任意の地点が設定され、又は、公共の離着陸地点等として地図上に予め設定されている。
　ここで、本実施形態における無人航空機１は、予め定められた飛行ルートに沿って自律飛行する自律飛行モードを有している。以下、当該自律飛行モードにおける不時着地点の特定方法について説明する。
　自律飛行モードにおいて、制御部２０は、記憶部２８等に記憶されている飛行ルート情報に含まれる飛行ルートに沿って飛行するようにモータ１２を制御する。飛行ルートは、出発地点から目的地点までの１又は複数の経由地点を含む。各地点は、地理座標（緯度及び経度）並びに高度によって特定され得る。
　図４は、飛行ルートの一例を示す図である。図４の例において、１の数字が付された六角形が出発地点を示しており、２から７の数字が付された六角形が６つの経由地点を示しており、また、８の数字が付された六角形が目的地点を示している。当該飛行ルートは、各地点に対応する六角形に付されている数字の順序に従って、各地点間を順に移動することを示している。
　本実施形態において、飛行ルート情報は、不時着地点の候補となる複数（例えば、３つ）の緊急着陸地点に関する情報を含む。図４の例において、Ａ、Ｂ、及びＣの文字が付された３つの円形が緊急着陸地点を示している。なお、緊急着陸地点を、飛行ルートにおける経由地点とすることも可能である。
　自律飛行モードにおいて、制御部２０は、通過した経由地点に基づいて不時着地点を特定する。具体的には、制御部２０は、飛行ルート情報に含まれる、通過地点と不時着地点との対応関係に従って、不時着地点を特定する。図５は、通過地点と不時着地点との対応関係の一例を示す図である。この例において、経由地点２に到達していない場合（通過地点が出発地点１のみである場合）には、不時着地点として出発地点１が特定される。また、同様に、経由地点２又は３を通過している場合には、不時着地点として緊急着陸地点Ａが特定され、経由地点４を通過している場合には、不時着地点として緊急着陸地点Ｂが特定され、経由地点５又は６を通過している場合には、不時着地点として緊急着陸地点Ｃが特定され。また、最後の経由地点７を通過している場合には、不時着地点として目的地点８が特定される。
　ここで、図４における３つの領域ａは、飛行ルートから緊急着陸地点Ａ、Ｂ又はＣへと飛行する際に通過する可能性がある領域を示している。これらの領域ａが無人航空機１の飛行可能領域となるように、飛行ルート及び緊急着陸地点が設定され得る。
　また、本発明の他の実施形態においては、不時着地点は、他の手法を用いて特定され得る。具体的には、例えば、制御部２０が、撮影部２６を介して撮影される地上の画像に基づいて不時着地点を特定するようにしても良い。より具体的には、制御部２０が、撮影部２６を介して撮影されるその時点の地上の画像を解析し、当該画像に含まれる（撮影部２６のその時点の視野に含まれる）地上の領域のうち、所定の条件に合致する地点を不時着地点として特定する。ここで、異常が検出された時点の撮影部２６の視野に含まれる地上の領域に適切な（上記所定の条件に合致する）不時着地点が存在しない場合に、無人航空機１を任意の方向に水平移動させて、適切な不時着地点を探索するようにしても良い。
　図６は、地上の画像に基づいて不時着地点を特定するように構成された本発明の他の実施形態において、不時着地点を特定する際に制御部２０によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。制御部２０は、まず、図示するように、撮影部２６を介して撮影した地上の画像を複数のセクションに分割する（ステップＳ２００）。この実施形態において、当該画像は、各々が略正方形の形状を有し格子状に配列された複数のセクションに分割される。なお、セクションの形状及び配列はこれに限定されず、例えば、正六角形の形状を有するセクションがハニカム構造となるように配列されても良い。また、セクションの大きさ（縦横の画素数）は、制御部２０の処理能力等に応じて適切な値が設定される。
　続いて、制御部２０は、複数のセクションの各々の安全度を判定する（ステップＳ２１０）。この実施形態において、各セクションの安全度の判定は、学習済みモデル（ＡＩ）を用いて行われる。学習済みモデルは、ニューラルネットワークとして構成され、教師データを用いた機械学習によって生成される。教師データ（正解データ）は、上記セクションに対応する多数の画像であり、各画像には、「安全」又は「非安全」のラベリングがなされている。例えば、障害物（人、物、建造物、及び、樹木等）が存在する画像に対して「非安全」のラベリングがなされ、こうした障害物が存在しない画像に対して「安全」のラベリングがなされる。このように生成された学習済みモデルは、各セクションの画像が入力されると、対応する安全度を出力するように構成されている。安全度は、「安全」、「非安全」、「不明」の３つに分類される。
　図７は、ステップＳ２００－Ｓ２１０において、地上の画像４０１が複数のセクション４１に分割され、当該複数のセクション４１の各々の安全度が判定される様子を説明するための図である。図７において、上下中央に位置する画像４０２は、上側に位置する画像４０１が複数のセクション４１に分割された状態を示している。また、下側に位置する画像４０３は、複数のセクション４１の各々に対して安全度が判定された状態を示している。画像４０３において、グレーで塗り潰されているセクション４１１は「安全」と判定されたセクションであり、ハッチングが施されているセクション４１２は「非安全」と判定されたセクションであり、その他のセクション４１３は「不明」と判定されたセクションである。
　こうして各セクションの安全度を判定すると、制御部２０は、当該安全度の判定結果に基づいて不時着地点を特定する（ステップＳ２２０）。この実施形態において、不時着地点の特定は、ヒューリスティックアルゴリズム（近似アルゴリズム）を用いて行われ、例えば、以下の非線形費用関数を用いた費用最小化問題として考慮される。
 
　ｆ（ｘ，ｕ，θ）＝ｓ（ｘ）＋ε（ｘ，θ，ｄ（ｘ））ｖ（ｕ）
 
ここで、ｘは、各セクションの画像内における位置（セクションの中央部分の座標）であり、θは、無人航空機１の姿勢（傾斜する方向及び角度等）を表すパラメータであり、ｄ（ｘ）は、無人航空機１とｘ（セクション）との間の距離であり、ｕは、不時着の緊急度を表すパラメータである。
　関数ｓ（ｘ）は、各セクションにおける安全度の判定結果に対応する関数であり、具体的には、安全度が「安全」である場合は小さい値（費用）となり、安全度が「非安全」である場合は大きい値（費用）となる。関数ε（ｘ，θ，ｄ（ｘ））は、ｘ（セクション）に着陸する際に無人航空機１が消費するエネルギーを推定するための関数である。この関数は、画像上の平面を実際の地面に変換し、無人航空機１からセクションに含まれる実際の地面の位置までの距離を推定する。関数ｖ（ｕ）は、不時着の緊急度に応じて、関数ε（ｘ，θ，ｄ（ｘ））に対する重み付けを与えるための関数である。当該緊急度は、制御部２０によって判定され、例えば、モータ１２の異常を検出した場合の緊急度は、無線通信の異常を検出した場合の緊急度と比べて高い緊急度が設定される。
　このように構成された関数ｆ（ｘ，ｕ，θ）は、安全度が高いほど、また、着陸する際に消費するエネルギーが小さいほど、その値が小さくなる。制御部２０は、当該関数ｆ（ｘ，ｕ，θ）の値が最小となるｘ（セクション）を不時着地点として特定する。
　図３のフローチャートに戻り、不時着地点を特定すると、次に、制御部２０は、特定した不時着地点に着陸するようにモータ１２を制御する（ステップＳ１２０）。例えば、制御部２０は、１つのモータ１２が故障した場合に、残りの５つのモータ１２に対応する５つのロータ１３を用いて無人航空機１を不時着地点へと着陸させる。ここで、こうしたモータ故障時等における無人航空機１の飛行制御は、当業者に一般に知られているフォールトトレランス技術を適用して実現することができる。例えば、Hossein Hashemi Nejad、Dominique Sauter、Samir Aberkane、Suzanne Lesecqらによって執筆された論文 “Actuator fault tolerant control in experimental Networked Embedded mini Drone”, 17th Mediterranean Conference on Control & Automation, 2009年6月, IEEE発行、並びに、Mark W. Mueller及びRaffaello D’Andreaによって執筆された論文” Stability and control of a quadrocopter despite the complete loss of one, two, or three propellers”, 2014 IEEE International Conference on Robotics & Automation (ICRA), 2014年5-6月，IEEE発行、には、マルチコプターのモータ故障時におけるフォールトトレラント制御の手法が開示されている。また、例えば、Guillaume Jacques Joseph Ducardの博士論文である”Fault-Tolerant Flight Control and Guidance Systems for a Small Unmanned Aerial Vehicle”, チューリッヒ工科大学（２００７年）には（特に、図2.3, 2.4, 5.2, 10.1, 11.3及び関連する記載において）、無人航空機におけるフォールトトレラント飛行制御の手法が開示されている。こうした技術を適用することにより、無人航空機１を比較的安全に不時着地点へと着陸させることができる。
　ここで、地上の画像に基づいて不時着地点を特定する実施形態においては、無人航空機１は、その現在位置から不時着地点（画像内の特定のセクション）までを結ぶ直線状の着陸軌道を演算し、当該直線状の軌道に沿って飛行するように制御される。そして、無人航空機１が備える近接センサ等を用いて地面に対する接近を検出すると、無人航空機１は、所定の軟着陸用の自律制御を開始する。
　一方、特定の地点への不時着が不可能であると判定されると（ステップＳ１００においてＮＯ）、制御部２０は、パラシュートを放出する（ステップＳ１３０）。具体的には、制御部２０は、パラシュート装置２９を制御して、パラシュート格納部１０２に格納されているパラシュートを放出させると共に、全てのモータ１２を停止する。この結果、無人航空機１は、現在位置付近に軟着陸する。
　以上説明した本実施形態の無人航空機１は、飛行中において異常を検出した場合に不時着地点を特定し、特定した不時着地点に着陸するようにモータ１２を制御するから、異常時における特定の地点への自律的な不時着が可能となる。このように、本発明の実施形態は、異常時において適切に不時着する無人航空機を実現する。
　本実施形態において、制御部２０が、外部から受信した情報に基づいて異常を検出するように構成しても良い。例えば、制御部２０は、通信部２２を介して受信するクラウドサーバからの情報に基づいて、無人航空機１の異常を検出するようにしても良い、例えば、クラウドサーバは、無人航空機１の稼働情報（例えば、モータ１２の稼働情報等）を収集及び管理しており、当該稼働情報自体を無人航空機１に送信し、又は、当該稼働情報に基づいて異常を検出した場合に、その異常を示す異常検出情報を無人航空機１に送信する。なお、制御部２０において、異常を検出するための異常検出基板を、飛行の制御等を行うための基板とは物理的に独立して設けるようにしても良い。
  本発明の実施形態は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変更が可能である。例えば、上述した実施形態における各部材の形状、数、又は配置等は適宜変更される。例えば、本発明の実施形態に係る無人航空機が有するロータの数は６つに限定されず、５つ以下又は７つ以上であっても良い。

 

Claims (12)

  1. 　複数のロータを有する無人航空機であって、
    　前記複数のロータをそれぞれ駆動する複数のモータと、
    　少なくとも前記複数のモータを制御する制御部と、を備え、
    　前記制御部が、飛行中において異常を検出した場合に、不時着地点を特定し、特定した不時着地点に着陸するように前記複数のモータの少なくとも一部を制御する、
    　無人航空機。
  2. 　前記制御部が、所定の複数の地点の中から不時着地点を特定する請求項１の無人航空機。
  3. 　前記所定の複数の地点の少なくとも一部は、操作者によって任意の地点が設定されており、又は、地図上に予め設定されている請求項２の無人航空機。
  4. 　前記制御部が、１又は複数の経由地点を含む目標地点までの飛行ルート情報に従って自動的に飛行するように前記複数のモータを制御し、飛行中において異常を検出した場合に、通過した経由地点に少なくとも基づいて前記所定の複数の地点の中から不時着地点を特定する請求項２又は３の無人航空機。
  5. 　請求項２又は３の無人航空機であって、
    　現在位置を検出する位置検出部を更に備え、
    　前記制御部が、前記位置検出部によって検出される現在位置に少なくとも基づいて、前記所定の複数の地点の中から不時着地点を特定する、
    　無人航空機。
  6. 　請求項１の無人航空機であって、
    　撮影部を更に備え、
    　前記制御部が、前記撮影部によって撮影された地上の画像に少なくとも基づいて不時着地点を特定する、
    　無人航空機。
  7. 　前記制御部が、前記地上の画像を複数のセクションに分割し、分割した前記複数のセクションの各々の安全度を判定し、判定した前記複数のセクションの各々の安全度に少なくとも基づいて、前記地上の画像に含まれる不時着地点を特定する請求項６の無人航空機。
  8. 　前記制御部が、学習済みモデルを用いて前記複数のセクションの各々の安全度を判定する請求項７の無人航空機。
  9. 　請求項１ないし８何れかの無人航空機であって、
    　軟着陸するための軟着陸用装置を更に備え、
    　前記制御部が、飛行中において異常を検出した場合であって、特定の不時着地点への着陸が不可能である場合に、前記軟着陸用装置を作動する、
    　無人航空機。
  10. 　前記制御部が、外部から受信した情報に基づいて異常を検出する請求項１ないし９何れかの無人航空機。
  11. 　前記制御部が、モータ駆動制御部を介して前記モータを制御し、前記モータ駆動制御部から受信する前記モータの稼働情報に少なくとも基づいて、前記モータの異常を検出する請求項１ないし１０何れかの無人航空機。
  12. 　複数のロータを有する無人航空機を制御するための方法であって、
    　飛行中において異常を検出した場合に不時着地点を特定するステップと、
    　特定した不時着地点に着陸するように、前記複数のロータをそれぞれ駆動する複数のモータの少なくとも一部を制御するステップと、を備える、
    　方法。
    　
PCT/JP2017/038225 2016-12-12 2017-10-23 無人航空機、及び、無人航空機を制御するための方法 WO2018110088A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/464,274 US11442475B2 (en) 2016-12-12 2017-10-23 Unmanned aircraft and method for controlling unmanned aircraft
JP2018556227A JP6665318B2 (ja) 2016-12-12 2017-10-23 無人航空機、及び、無人航空機を制御するための方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-240595 2016-12-12
JP2016240595 2016-12-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018110088A1 true WO2018110088A1 (ja) 2018-06-21

Family

ID=62558256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/038225 WO2018110088A1 (ja) 2016-12-12 2017-10-23 無人航空機、及び、無人航空機を制御するための方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11442475B2 (ja)
JP (1) JP6665318B2 (ja)
WO (1) WO2018110088A1 (ja)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018197045A (ja) * 2017-05-23 2018-12-13 株式会社イームズラボ 飛行装置、飛行方法及び飛行プログラム
JP2020009281A (ja) * 2018-07-11 2020-01-16 メトロウェザー株式会社 飛行経路算出システム、飛行経路算出プログラム、および無人航空機経路制御方法
JP2020056694A (ja) * 2018-10-02 2020-04-09 パイオニア株式会社 情報処理装置、着陸候補地点送信装置、データ構造、情報処理方法、及びプログラム
JP2020196375A (ja) * 2019-06-04 2020-12-10 コネクシオ株式会社 データ収集用自律無人航空機、その制御方法及び制御プログラム
WO2020262060A1 (ja) * 2019-06-27 2020-12-30 ソニー株式会社 移動体、制御方法、およびプログラム
WO2021020212A1 (ja) * 2019-07-31 2021-02-04 株式会社村田製作所 二次電池およびその製造方法
KR20210100769A (ko) * 2020-02-06 2021-08-18 주식회사 아벡스테크닉 드론 이착륙 시스템
WO2021223176A1 (zh) * 2020-05-07 2021-11-11 深圳市大疆创新科技有限公司 无人机的控制方法和设备
US11922819B2 (en) 2019-04-22 2024-03-05 Wonder Robotics Ltd System and method for autonomously landing a vertical take-off and landing (VTOL) aircraft

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11822345B2 (en) * 2020-10-23 2023-11-21 Xerox Corporation Controlling an unmanned aerial vehicle by re-training a sub-optimal controller
JP7341565B1 (ja) * 2022-12-20 2023-09-11 株式会社amuse oneself 飛行体及び制御方法
CN117151437B (zh) * 2023-10-31 2024-01-16 天津仁爱学院 一种无人机任务中机场平台的分配系统及其分配方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013528854A (ja) * 2010-04-21 2013-07-11 ザ・ボーイング・カンパニー 航空機の緊急着陸点の決定
JP2014181034A (ja) * 2013-03-19 2014-09-29 Boeing Co 無人航空機の飛行方法
US20160114905A1 (en) * 2014-06-24 2016-04-28 Sikorsky Aircraft Corporation Probabilistic safe landing area determination
JP2016088111A (ja) * 2014-10-29 2016-05-23 ヤンマー株式会社 ヘリコプター
JP2016518286A (ja) * 2014-02-27 2016-06-23 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッド 衝突保護装置
JP2016524567A (ja) * 2013-06-09 2016-08-18 アイトゲネシシェ・テヒニシェ・ホーホシューレ・チューリヒ エフェクタに影響を与える故障を受けるマルチコプタの制御された飛行

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE0300871D0 (sv) * 2003-03-27 2003-03-27 Saab Ab Waypoint navigation
IL218327A (en) * 2012-02-26 2013-05-30 Elbit Systems Ltd Safe emergency landing of unmanned aerial vehicles
US20160140851A1 (en) * 2014-11-18 2016-05-19 Ziv LEVY Systems and methods for drone navigation
US20170212528A1 (en) * 2016-01-26 2017-07-27 Patrick A. Henderson Apparatus and Method for Autonomous Landing of an Aerial Vehicle
US10043398B2 (en) * 2016-03-25 2018-08-07 International Business Machines Corporation Drone coordination

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013528854A (ja) * 2010-04-21 2013-07-11 ザ・ボーイング・カンパニー 航空機の緊急着陸点の決定
JP2014181034A (ja) * 2013-03-19 2014-09-29 Boeing Co 無人航空機の飛行方法
JP2016524567A (ja) * 2013-06-09 2016-08-18 アイトゲネシシェ・テヒニシェ・ホーホシューレ・チューリヒ エフェクタに影響を与える故障を受けるマルチコプタの制御された飛行
JP2016518286A (ja) * 2014-02-27 2016-06-23 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッド 衝突保護装置
US20160114905A1 (en) * 2014-06-24 2016-04-28 Sikorsky Aircraft Corporation Probabilistic safe landing area determination
JP2016088111A (ja) * 2014-10-29 2016-05-23 ヤンマー株式会社 ヘリコプター

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6999290B2 (ja) 2017-05-23 2022-01-18 イームズロボティクス株式会社 飛行装置、飛行方法及び飛行プログラム
JP2018197045A (ja) * 2017-05-23 2018-12-13 株式会社イームズラボ 飛行装置、飛行方法及び飛行プログラム
JP2020009281A (ja) * 2018-07-11 2020-01-16 メトロウェザー株式会社 飛行経路算出システム、飛行経路算出プログラム、および無人航空機経路制御方法
WO2020013153A1 (ja) * 2018-07-11 2020-01-16 メトロウェザー株式会社 飛行経路算出システム、飛行経路算出プログラム、および無人航空機経路制御方法
US11862027B2 (en) 2018-07-11 2024-01-02 Metroweather Co., Ltd. Flight path calculation system, flight path calculation program, and unmanned aircraft path control method
CN112437907A (zh) * 2018-07-11 2021-03-02 都市气象株式会社 飞行路径计算系统、飞行路径计算程序以及无人驾驶飞机路径控制方法
JP7215706B6 (ja) 2018-07-11 2023-02-14 メトロウェザー株式会社 飛行経路算出システム、飛行経路算出プログラム、および無人航空機経路制御方法
JP7215706B2 (ja) 2018-07-11 2023-01-31 メトロウェザー株式会社 飛行経路算出システム、飛行経路算出プログラム、および無人航空機経路制御方法
JP2020056694A (ja) * 2018-10-02 2020-04-09 パイオニア株式会社 情報処理装置、着陸候補地点送信装置、データ構造、情報処理方法、及びプログラム
US11922819B2 (en) 2019-04-22 2024-03-05 Wonder Robotics Ltd System and method for autonomously landing a vertical take-off and landing (VTOL) aircraft
JP2020196375A (ja) * 2019-06-04 2020-12-10 コネクシオ株式会社 データ収集用自律無人航空機、その制御方法及び制御プログラム
WO2020262060A1 (ja) * 2019-06-27 2020-12-30 ソニー株式会社 移動体、制御方法、およびプログラム
WO2021020212A1 (ja) * 2019-07-31 2021-02-04 株式会社村田製作所 二次電池およびその製造方法
KR102362563B1 (ko) * 2020-02-06 2022-02-15 주식회사 아벡스테크닉 드론 이착륙 시스템
KR20210100769A (ko) * 2020-02-06 2021-08-18 주식회사 아벡스테크닉 드론 이착륙 시스템
WO2021223176A1 (zh) * 2020-05-07 2021-11-11 深圳市大疆创新科技有限公司 无人机的控制方法和设备

Also Published As

Publication number Publication date
JP6665318B2 (ja) 2020-03-13
US20200285253A1 (en) 2020-09-10
US11442475B2 (en) 2022-09-13
JPWO2018110088A1 (ja) 2019-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018110088A1 (ja) 無人航空機、及び、無人航空機を制御するための方法
US11042074B2 (en) Flying camera with string assembly for localization and interaction
AU2018331310B2 (en) A backup navigation system for unmanned aerial vehicles
US9817396B1 (en) Supervisory control of an unmanned aerial vehicle
EP4009128B1 (en) Flight path determination
Mohta et al. Experiments in fast, autonomous, gps-denied quadrotor flight
Stirling et al. Indoor navigation with a swarm of flying robots
US20160221683A1 (en) Hybrid Power Systems for Vehicle with Hybrid Flight Modes
EP3535187A1 (en) Rotor units having asymmetric rotor blades
US20180005534A1 (en) Autonomous navigation of an unmanned aerial vehicle
CN106458333A (zh) 旋翼飞行器及其自动降落系统及方法
Mulgaonkar et al. The tiercel: A novel autonomous micro aerial vehicle that can map the environment by flying into obstacles
CN111511643A (zh) 无人驾驶航空器的有效载荷耦合装置和有效载荷递送方法
CN112638770B (zh) 安全的无人航空器
Nakamura et al. Vision-based optimal landing on a moving platform
JP2021103108A (ja) 情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム
AU2022203829B2 (en) Stereo abort of unmanned aerial vehicle deliveries
AU2022252792B2 (en) Unmanned aerial vehicle trajectories for nudging and un-nudging
US20240194081A1 (en) Context-Based Navigation of Uncrewed Vehicles Using Relative Position Markers
US20230316739A1 (en) Semantic Abort of Unmanned Aerial Vehicle Deliveries
US20230312091A1 (en) Semantic Adjustment of Unmanned Aerial Vehicle Delivery Points
WO2024015402A1 (en) Using unwound tether length to measure altitude

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17880101

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018556227

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17880101

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1