WO2020178958A1

WO2020178958A1 - 飛行体の飛行制御方法および飛行体

Info

Publication number: WO2020178958A1
Application number: PCT/JP2019/008448
Authority: WO
Inventors: 與明鳥潟
Original assignee: 東光鉄工株式会社
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2020-09-10

Abstract

衛星測位システムを利用できる測位手段と制御手段と飛行駆動機構を備えた飛行体の飛行制御方法であって、飛行する対象となるエリアの緯度、経度などの位置情報（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）をあらかじめ設定し、位置情報のうち少なくとも一つの位置（Ａ）へ、測位手段を利用しながら、自動的に移動させその場所でホバリングさせ、その後、手動によって、飛行体を、少なくとも一つの位置（Ａ）に対応する、実際の土地の場所（Ｐ）に飛行させその場所でホバリングさせ、測位手段を利用しながら、ホバリングしている場所の衛星測位システム上の位置情報（Ａ'）を獲得させ、位置情報（Ａ'）と、対応する位置情報（Ａ）との差分を演算させ、その演算した差分でもって、残りの位置情報（Ｂ，Ｃ，Ｄ）を補正させ、補正された残りの位置情報（Ｂ'，Ｃ'，Ｄ'）に従って、飛行体を飛行させる飛行制御方法。

Description

飛行体の飛行制御方法および飛行体

　本発明は、たとえば、電力線の鉄塔調査や農地の正確な飛行などに利用可能な飛行体の飛行制御方法および飛行体に関する。

　精密な測量のために、ＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicles）、例えばドローンを活用するには、ＲＴＫ（リアルタイム・キネマティック）地上局やＶＲ方式など、地上またはバーチャルな基準局を設置しておき、ＧＰＳから計測した位置情報をそれらを利用して補正する必要があった（たとえば、特許文献１参照）。

特表２０１９－５０３２９５（Ｐ２０１９－５０３２９５Ａ）公報

　しかしながら、この方法では基準局を用意するための正確な測量や位置情報の補正処理などの作業が必要である。

　加えて、ＲＴＫ運用時においても衛星からの情報取得に時間がかかり運用上の課題となっている。

　本発明は、このような課題を考慮し、簡単な方法にもかかわらず正確な飛行が可能な飛行制御方法及び飛行体を提供することを目的とする。

　本発明は次のような考察に基づくものである。

　精密な測量ほどの精度が不必要なＵＡＶの飛行が必要な場合、例えば農業における農地の正確な飛行や電力線の鉄塔調査等の場合には、誤差１０ｃｍ程度の飛行が出来れば十分に役割を果たすことが可能となる。
　一方、従来のＧＰＳにより求めた自機ＵＡＶの位置は日時や気象状況によって異なり正確な位置との誤差は数１０ｃｍから数メートルと言われている。つまり、日時、場所、気象状況によって異なる。

　しかしながら、おなじＧＰＳを捕捉している時間内であれば（１５分～３０分程度）、正確な位置は求められないが、相対的な位置についてはそれぞれの場所で全て同じ誤差となるため、1ヶ所における正確な位置での補正値を求めることにより他の位置にも同
じ補正値を適用することができる。この方法によれば、ＲＴＫ方式に比べ、簡単な方法での正確な飛行が可能となる。

　以下に本発明の構成を説明する。

　第１の本発明は、　衛星測位システムを利用できる測位手段と制御手段と飛行駆動機構を備えた飛行体の飛行制御方法であって、
　前記制御手段に、飛行する対象となるエリアの緯度、経度などの位置情報（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）をあらかじめ設定する設定ステップと、
　前記制御手段によって、前記設定ステップで設定された、前記位置情報のうち少なくとも一つの位置（Ａ）へ、前記測位手段を利用しながら、自動的に移動させその場所でホバリングさせる自動移動ステップと、
　その後、手動によって、前記飛行体を、前記少なくとも一つの位置（Ａ）に対応する、実際の土地の場所（Ｐ）に飛行させその場所でホバリングさせる手動移動ステップと、
　前記制御手段によって、前記測位手段を利用しながら、前記ホバリングしている場所の前記衛星測位システム上の位置情報（Ａ’）を獲得させる獲得ステップと、
　前記制御手段によって、その獲得した位置情報（Ａ’）と、対応する前記位置情報（Ａ）との差分を演算させる演算ステップと、
　前記制御手段によって、その演算した差分でもって、前記残りの位置情報（Ｂ，Ｃ，Ｄ）を補正させる補正ステップと、
　前記制御手段によって、前記測位手段を利用しながら、前記補正された残りの位置情報（Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’）に従って、前記飛行体を飛行させる飛行ステップとを備えたことを特徴とする、飛行体の飛行制御方法である。

　この第１の本発明によれば、スタートする離陸地点から手動でいきなり目標の実際の土地の場所に飛行させるよりも、一旦測位手段を使いながら、一つの位置（Ａ）へ自動飛行させておき、そこから目標とする土地の場所へ手動で移動させる方が、手動で移動させる距離が短くなり手動操作が楽である。衛星測位システムの狂いもそれほど大きくはないのが通常である。

　また、一度離陸したら飛行状態のまま飛行計画を正しく実行することができ、いちいち地上に着陸させる必要がない。

　第２の本発明は、
　前記手動で飛行させる前記実際の土地の場所は複数個所あり、一か所で差分を得た後、その飛行状態を継続させたまま前記位置情報の他の一つの位置へ自動で測位手段を利用しながら飛行してホバリングさせ、そこから手動で前記他の一つの位置に対応する実際の土地の場所に飛行させその場所でホバリングさせて、新たに差分を得ることを少なくとも複数回することによって、複数個のそれぞれの場所で得られた差分を平均化した数値を、前記補正に用いる値とする、第１の本発明の飛行体の飛行制御方法である。

　第２の本発明によれば、一か所だけより、補正値が正確になる。また、飛行させたままだから、手動操作が簡単になる。いちいち地上に着陸させる必要がない。

　第３の本発明は、
　前記手動で飛行させる前記実際の土地の場所は複数個所あり、一か所で差分を得た後、飛行計画を実行中に、時間的に、あるいは場所的に更新が必要な状態となった場合、前記位置情報の他の一つの位置の場所へ、自動で測位手段を利用しながら飛行してホバリングさせ、そこから手動で前記他の一つの位置に対応する実際の土地の場所に飛行させその場所でホバリングさせて、新たに差分を得ることで差分の値を更新し、以後その更新された差分を利用して、飛行を続行する、第１の本発明の飛行体の飛行制御方法である。

　第３の本発明によれば、更新することによって、より正確な飛行が可能となる。飛行させたままだから、手動操作が簡単になる。いちいち地上に着陸させる必要がない。

　第４の本発明は、
　衛星測位システムを利用できる測位手段と飛行駆動機構を備えた飛行体であって、
　飛行する対象となるエリアの緯度、経度などの位置情報（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）があらかじめ設定された制御手段を備え、
　前記制御手段は、前記設定された位置情報の内の少なくとも一つの位置（Ａ）へ、前記測位手段を利用しながら、前記飛行体を自動的に移動させその場所でホバリングさせる制御を行い、
　前記制御手段は、そのホバリングしている場所から、前記少なくとも一つの位置（Ａ）に対応する実際の土地の場所に、手動で飛行させられその場所でホバリングさせられている前記飛行体に対して、前記測位手段を利用しながら、その場所の前記衛星測位システム上の位置情報（Ａ’）を獲得し、
　更に前記制御手段は、その獲得した位置情報（Ａ’）と、それに対応する前記位置情報（Ａ）との差分を演算し、
　前記制御手段は、その演算した差分でもって、前記残りの位置情報（Ｂ，Ｃ，Ｄ）を補正し、
　前記制御手段は、前記測位手段を利用しながら、前記補正された残りの位置情報（Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’）に従って、前記飛行体を飛行させることを特徴とする、飛行体である。

　第５の本発明は、
　前記実際の土地の場所は複数個所あり、前記制御手段は、それぞれの場所で得られた差分について平均化した数値を、前記補正に用いることを特徴とする、第４の本発明の飛行体である。

　第６の本発明は、
　前記手動で飛行させる前記実際の土地の場所は複数個所あり、
　前記制御手段は、
　一か所で差分を得た後、飛行計画を実行中に、時間的に、あるいは場所的に更新が必要な状態となった場合、前記位置情報の他の一つの位置の場所へ又は前記一か所の場所へ、自動で測位手段を利用しながら飛行してホバリングさせる制御を行い、
　更に、そこから手動で前記他の一つの位置の場所又は前記一か所の場所に対応する実際の土地の場所に飛行させられその場所でホバリングさせられている状態の飛行体について、新たに前記差分を得ることで差分の値を更新し、以後その更新された差分を利用して、飛行を続行させる、第４の本発明の飛行体である。

　本発明により、より簡単な方法で正確な飛行が実現できる。

本発明における実施の形態の飛行体の主に制御手段を示す構成図本発明における実施の形態の飛行体の斜視図本発明における実施の形態の飛行体の飛行制御方法のフローチャート図本発明における実施の形態の飛行制御の様子を示す模式平面図本発明における別の実施の形態の飛行制御の様子を示す模式平面図本発明におけるさらに別の実施の形態の飛行制御の様子を示す模式平面図

　以下、図面を参照しながら、本発明における実施の形態について詳細に説明する。

　図1は、本発明における実施の形態の飛行体１の主に制御手段２を示す構成図であり、図２は、本発明における実施の形態の飛行体の斜視図である。

　図２において、本発明における実施の形態の飛行体１は、上部にあるケーシング１２の中に、制御手段２と測位手段３を備えている。その制御手段２は飛行制御手段２４を有する。その飛行制御手段２４は各アーム８の先端に設けられたモータ９を通じてプロペラ１０を駆動させ飛行制御を行うものである。

　１１はその駆動力を発生する電池を収納する電池ケースである。また、離着陸をするためのスキッド７が設けられている。

　図1において、上記制御手段２は、記憶手段２３と、演算手段２１と、補正手段２２と、前記飛行制御手段２４を備えている。また、記憶手段２３は後述する設定手段４に接続されている。さらに、外部のリモコン装置６との通信が可能な送受信手段５が設けられている。なお、１３はＧＰＳなどの衛星測位システムである。

　次に、さらに図３、図４も参照しながら、本発明の実施の形態にかかる飛行体の飛行制御方法を説明する。

　（設定ステップＳ１）
　まず、飛行体１を使用する前に、設定手段４によって記憶手段２３に、対象とする飛行させたいエリアＸについての飛行計画のデータを設定する。設定手段４は飛行体1自身に設けられた操作盤であってもよいし、スマートフォンやタブレットからの入力手段であってもよい。

　この飛行計画は、説明を分かりやすくするためシンプルな例で説明する。例えば図４に示すような、Ｘで示す四角形の圃場の４隅を順に飛行させるとする。図４の土地の平面図における土地の４隅の実際の地点をＰ，Ｑ，Ｒ，Ｓで表示し、それぞれに対応する位置データをＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとする。そのＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのデータとは、実際の圃場の４隅の地点Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓの経度と緯度である。このれらの位置データは予め調査して手に入れておく。

　（自動移動ステップＳ２）
　次に、図４に示す離陸場所１４から飛行体１を離陸させるが、その場合、制御手段２が、例えば上記４隅のうちの一つの位置Ｐへ、前記測位手段３と記憶手段２３に設定された対応するＡデータとを利用しながら、自動的に移動させその場所でホバリングさせる。１５はその軌跡をあらわす。

　測位システム１３に誤差がなければ、飛行体１は位置Ａデータに対応する実際の土地の地点Ｐに到達するはずである。しかし、誤差があると図４に示すように少しずれたＰ’地点に到達しホバリングすることになる。

　（手動移動ステップＳ３）
　次に、その後、リモコン装置６を利用し、手動によって、前記飛行体１を、前記少なくとも一つの位置Ａに対応する、実際の土地の場所Ｐに飛行させその場所でホバリングさせる。１６はその飛行軌跡である。

　この場合、測位システム１３の誤差はあるとしても小さいからその移動距離は小さいと考えられ、手動操作も簡単である。

　　（位置情報獲得ステップＳ４）
　そのホバリング状態にある飛行体１について、リモコン装置６から改めて位置情報獲得・飛行指令を出す。それに従って、前記制御手段２が、前記測位手段３を利用しながら、ホバリングしている場所Ｐの前記衛星測位システム１３上の位置情報Ａ’を獲得させる。

　（演算ステップＳ５）
　次に、制御手段２は、その獲得した位置情報Ａ’と、前記位置情報Ａとの差分を演算手段２１に演算させる。

　（補正ステップＳ６）
　次に、制御手段２は、その演算した差分（Ａ－Ａ’）でもって、残りの位置情報（Ｂ，Ｃ，Ｄ）を補正手段２２に補正させ、補正後の位置情報（Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’）を得る。
ここに、Ｂ‘＝｛Ｂ－（差分Ａ－Ａ’ ）｝、Ｃ‘＝｛Ｃ－（差分Ａ－Ａ’ ）｝、Ｄ‘＝｛Ｄ－（差分Ａ－Ａ’ ）｝である。

　（飛行ステップＳ７）
　以後、制御手段２は、測位手段３を利用しながら、前記補正された残りの位置情報（Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’）に従って、前記飛行体１を飛行させる。その結果、飛行体１は飛行計画で本来飛行させたい４隅（Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ）の地点を正確に飛行していくことになる。

　なお、ちなみに、図４の一点鎖線Ｙで示す四角形（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、このような補正をせずに、飛行させた場合の飛行経路を示し、ずれて飛ぶことがわかる。

　図５は本発明の別の実施の形態における飛行体の飛行制御方法を示す模式平面図である。上記実施の形態ではＰ地点（対応するＡデータ）の一か所だけで補正を行ったが、本実施の形態ではさらに、精度を上げるため、Ｑ地点（対応するＢデータ）について差分をとり、補正を行い、平均値をとり精度を上げる点が異なる。

　すなわち、上記実施の形態においては、Ｐ地点での差分によって、残るＱ，Ｒ，Ｓ地点での対応データＢ，Ｃ，Ｄを補正したが、本実施の形態ではＰ地点にホバリングした飛行体１について、差分（Ａ－Ａ’）を獲得したのち、すぐに補正をせず、さらに、制御手段２は次のＱ地点へ対応するＢデータを用いて、飛行させる。測位システム１３に誤差があるのですこしずれたＱ’地点でホバリングをすることになる。１７はその飛行軌跡である。

　そこで、リモコン装置６を用いて、Ｐ’地点で行ったように、本来のＱ地点へ向けて飛行体１を手動で移動させ、ホバリングさせる。１８はその飛行軌跡である。

　そして、本来のＱ地点において、上述したように、差分（Ｂ－Ｂ’）を得る。

　その後、制御手段２は、Ｐ地点で得た差分（Ａ－Ａ’）とＱ地点で得た差分（Ｂ－Ｂ’）の平均値「｛（Ａ－Ａ’）＋（Ｂ－Ｂ’）｝／２　」を得る。

　この平均値でもって残る地点の補正をする。

　なお、飛行計画で多くの地点が設定された場合は、２か所に限らず、さらに多くの地点の平均をとることで、より補正の精度が上がる。

　図６は　本発明のさらに別の実施の形態における飛行体の飛行制御方法を示す模式平面図である。更新の説明をするために、５か所の地点Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔを飛行する場合とする。

　測位システム１３には一定の限界があるため、上述した差分で誤差を補正したデータも、時間が長くなると誤差がまた出て来るようになる。

　そこで、一定条件のもとに、更新が必要になる。その条件としては、飛行を開始してからの時間を基準として長く飛行している場合とか、スタート地点から一定の距離はなれた状態となった場合などである。あらかじめ設定しておくのが通常である。

　そこで、図６に示すように、例えば前記１か所（Ｐ地点）で差分を得た後、飛行計画どおりに飛行をしている最中に、上記条件に当てはまると、更新が必要な状態となる。

　例えば、Ｒ地点を過ぎた時点で更新が必要となったとする。そこで、次の目指すべき、前記位置情報の他の一つの所定位置の場所であるＳ地点に向けて、そのＳ地点に対応するＤデータに補正をかけず、そのままのＤデータに従って飛行させ、ホバリングさせる。１９はその飛行軌跡である。

　そこで、Ａデータを利用したＰ地点で行ったように、実際のＳ地点へ向けて手動で飛行体１を飛行させホバリングさせる。２０はその飛行軌跡である。

　そこで、上述したように制御手段２はその地点の位置データＤ’を獲得し、差分（Ｄ－Ｄ’）を演算し、その更新された差分を利用してその後の飛行すべき地点Ｔの位置Ｅデータを補正する｛　Ｅ‘＝（Ｅ－（差分Ｄ－Ｄ’ ））　｝。

　　なお、本発明に関連した発明のプログラムは、上述された本発明に関連した発明の方法の全部または一部のステップの動作をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムである。

　なお、上述された「一部のステップ」は、それらの複数のステップの内の一つまたはいくつかのステップを意味する。

　また、本発明に関連した発明のプログラムの一利用形態は、インターネット、光、電波または音波などのような伝送媒体の中を伝送され、コンピュータにより読取られ、コンピュータと協働して動作するという形態であってもよい。

　また、記録手段としては、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）などが含まれる。

　また、コンピュータは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などのような純然たるハードウェアに限らず、ファームウェア、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）、そしてさらに周辺機器を含んでもよい。

　なお、上述されたように、本発明の各手段は、ソフトウェア的に実現されてもよいし、ハードウェア的に実現されてもよい。

　本発明における飛行体の飛行制御方法および飛行体は、ＧＰＳなどの位置情報に誤差が生じていても、簡単な方法で補正ができ、林業や農業などの分野に有用である。

　１　　飛行体
　２　　制御手段
　２１　演算手段
　２２　補正手段
　２３　記憶手段
　２４　飛行制御手段
　３　　測位手段
　４　　設定手段
　５　　送受信手段
　６　　リモコン装置
　７　　スキッド
　８　　アーム
　９　　モータ
　１０　プロペラ
　１１　電池ケース
　１２　ケーシング
　１３　衛星測位システム
　１４　離陸場所
　１５、１６、１７、１８、１９、２０　飛行軌跡

Claims

衛星測位システムを利用できる測位手段と制御手段と飛行駆動機構を備えた飛行体の飛行制御方法であって、
　前記制御手段に、飛行する対象となるエリアの緯度、経度などの位置情報（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）をあらかじめ設定する設定ステップと、
　前記制御手段によって、前記設定ステップで設定された、前記位置情報のうち少なくとも一つの位置（Ａ）へ、前記測位手段を利用しながら、自動的に移動させその場所でホバリングさせる自動移動ステップと、
　その後、手動によって、前記飛行体を、前記少なくとも一つの位置（Ａ）に対応する、実際の土地の場所（Ｐ）に飛行させその場所でホバリングさせる手動移動ステップと、
　前記制御手段によって、前記測位手段を利用しながら、前記ホバリングしている場所の前記衛星測位システム上の位置情報（Ａ’）を獲得させる獲得ステップと、
　前記制御手段によって、その獲得した位置情報（Ａ’）と、対応する前記位置情報（Ａ）との差分を演算させる演算ステップと、
　前記制御手段によって、その演算した差分でもって、前記残りの位置情報（Ｂ，Ｃ，Ｄ）を補正させる補正ステップと、
　前記制御手段によって、前記測位手段を利用しながら、前記補正された残りの位置情報（Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’）に従って、前記飛行体を飛行させる飛行ステップとを備えたことを特徴とする、飛行体の飛行制御方法。
　前記手動で飛行させる前記実際の土地の場所は複数個所あり、一か所で差分を得た後、その飛行状態を継続させたまま前記位置情報の他の一つの位置へ自動で測位手段を利用しながら飛行してホバリングさせ、そこから手動で前記他の一つの位置に対応する実際の土地の場所に飛行させその場所でホバリングさせて、新たに差分を得ることを少なくとも複数回することによって、複数個のそれぞれの場所で得られた差分を平均化した数値を、前記補正に用いる値とする、請求項１記載の飛行体の飛行制御方法。
　前記手動で飛行させる前記実際の土地の場所は複数個所あり、一か所で差分を得た後、飛行計画を実行中に、時間的に、あるいは場所的に更新が必要な状態となった場合、前記位置情報の他の一つの位置の場所へ、自動で測位手段を利用しながら飛行してホバリングさせ、そこから手動で前記他の一つの位置に対応する実際の土地の場所に飛行させその場所でホバリングさせて、新たに差分を得ることで差分の値を更新し、以後その更新された差分を利用して、飛行を続行する、請求項１記載の飛行体の飛行制御方法。
　衛星測位システムを利用できる測位手段と飛行駆動機構を備えた飛行体であって、
　飛行する対象となるエリアの緯度、経度などの位置情報（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）があらかじめ設定された制御手段を備え、
　前記制御手段は、前記設定された位置情報の内の少なくとも一つの位置（Ａ）へ、前記測位手段を利用しながら、前記飛行体を自動的に移動させその場所でホバリングさせる制御を行い、
　前記制御手段は、そのホバリングしている場所から、前記少なくとも一つの位置（Ａ）に対応する実際の土地の場所に、手動で飛行させられその場所でホバリングさせられている前記飛行体に対して、前記測位手段を利用しながら、その場所の前記衛星測位システム上の位置情報（Ａ’）を獲得し、
　更に前記制御手段は、その獲得した位置情報（Ａ’）と、それに対応する前記位置情報（Ａ）との差分を演算し、
　前記制御手段は、その演算した差分でもって、前記残りの位置情報（Ｂ，Ｃ，Ｄ）を補正し、
　前記制御手段は、前記測位手段を利用しながら、前記補正された残りの位置情報（Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’）に従って、前記飛行体を飛行させることを特徴とする、飛行体。
　前記実際の土地の場所は複数個所あり、前記制御手段は、それぞれの場所で得られた差分について平均化した数値を、前記補正に用いることを特徴とする、請求項４記載の飛行体。
　前記手動で飛行させる前記実際の土地の場所は複数個所あり、
　前記制御手段は、
　一か所で差分を得た後、飛行計画を実行中に、時間的に、あるいは場所的に更新が必要な状態となった場合、前記位置情報の他の一つの位置の場所へ又は前記一か所の場所へ、自動で測位手段を利用しながら飛行してホバリングさせる制御を行い、
　更に、そこから手動で前記他の一つの位置の場所又は前記一か所の場所に対応する実際の土地の場所に飛行させられその場所でホバリングさせられている状態の飛行体について、新たに前記差分を得ることで差分の値を更新し、以後その更新された差分を利用して、飛行を続行させる、請求項４記載の飛行体。