WO2020179460A1 - 制御装置、制御方法、及びプログラム - Google Patents

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WO2020179460A1
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wind
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wind speed
predetermined time
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辰吾 鶴見
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ソニー株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a control device, a control method, and a program.
  • Patent Document 1 discloses a technique for spraying fertilizer or the like on a field using an airplane body. In addition, it is generally performed to image a wide range from the air using a drone equipped with an image pickup device.
  • the air vehicle When working with an air vehicle, it is important that the air vehicle stably stays in a predetermined place during the operation, or that the air vehicle stably fly along a predetermined trajectory. So, for example, if the position of the flying vehicle changes due to strong winds, etc., using a GNSS (Global Navigation Satellite System) sensor, etc., a technology to automatically return the flying vehicle to the position before the strong wind, etc. Has been developed.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • a receiving unit that receives a wind velocity vector at an arbitrary time measured by at least one or more external anemometers, and a wind force applied to a moving body after a predetermined time based on the received wind velocity vector.
  • a control device including a wind speed prediction unit that predicts the wind speed and a control unit that controls the drive of the moving body based on the predicted wind speed is provided.
  • the wind speed vector at an arbitrary time measured by at least one or more external anemometers is received, and based on the received wind speed vector by the arithmetic unit, after a predetermined time.
  • a control method is provided that includes predicting the wind force applied to the moving body and controlling the driving of the moving body based on the predicted wind speed.
  • the computer is configured to receive a wind speed vector measured by at least one or more external anemometers at an arbitrary time, and a predetermined time after a predetermined time based on the received wind speed vector.
  • a program is provided that functions as a wind speed prediction unit that predicts the wind force applied to the moving body and a control unit that controls the driving of the moving body based on the predicted wind speed.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a moving body controlled by the control device according to the present embodiment.
  • a flying body will be illustrated as an example of a moving body, but the moving body controlled by the control device according to the present embodiment is not limited to such an example.
  • the moving body controlled by the control device does not have to fly.
  • the control device controls the position and attitude of the first moving body 10 to fly. Specifically, the control device according to the present embodiment performs a work on a wide range from the air based on the wind velocity vector measured by the second moving body 20 including the anemometer. The position and posture of the moving body 10 are controlled. The control device according to the present embodiment may further control the position and orientation of the second moving body 20 provided with the anemometer.
  • the first moving body 10 is, for example, a flying body such as a helicopter or a multicopter that is provided with an image pickup device 30 and flies by a rotary wing.
  • the first moving body 10 can image a wide area from the air using, for example, the imaging device 30.
  • the first moving body 10 may be provided with a device other than the image pickup device 30 as long as the work is performed on a wide area from the air.
  • the first moving body 10 may include a measuring device for measuring a wide range of terrain from the air, or a spraying device for spraying a liquid or a solid over a wide range from the air.
  • the first moving body 10 works on a wide area from the air, it is important that the position and posture are stable. Specifically, it is important that the first moving body 10 flies without disturbing its position and attitude as much as possible even when it receives a sudden strong wind or the like.
  • the second mobile body 20 is, for example, a helicopter or a multicopter that is equipped with an anemometer and flies by a rotor like the first mobile body 10.
  • the second moving body 20 measures the wind velocity vector at the position of the second moving body 20 using an anemometer.
  • the control device predicts the wind force to be applied to the first moving body 10 after a predetermined time based on the wind speed vector measured by the second moving body 20, and the first one is based on the predicted wind power. Control the moving body 10. According to this, the control device can generate a propulsive force for canceling the wind force applied to the first moving body 10 in the first moving body 10, so that the position and orientation of the first moving body 10 are It is possible to suppress being disturbed by a disturbance such as a strong wind.
  • the control device according to the present embodiment may be a control unit provided in the first mobile body 10.
  • the control device according to the present embodiment may be an information processing device capable of wirelessly communicating with the first mobile body 10 and the second mobile body 20.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a functional configuration of the control device according to the present embodiment.
  • the control device 100 includes a target value generation unit 110, a position control unit 121, a posture control unit 123, a drive control unit 130, a sensor unit 141, and a position/posture. It includes an estimation unit 143, a wind speed sensor unit 151, a reception unit 153, a wind power prediction unit 155, and an FF control unit 157.
  • the target value generation unit 110 generates target values for the position and posture of the first moving body 10. Specifically, the target value generation unit 110 is based on a movement instruction transmitted from a transmitter that wirelessly controls the first mobile body 10 or a movement plan generated inside the first mobile body 10. A target value of the position and orientation of the first moving body 10 is generated. For example, the target value generation unit 110 generates a target value of x, y, z coordinates (that is, position) of the first moving body 10 and a target value of yaw angle (that is, posture) at a predetermined time. Good.
  • the position control unit 121 generates an instruction value for controlling the position of the first moving body 10, and further generates a target value for the posture angle of the first moving body 10. Specifically, the position control unit 121 calculates and calculates an error between the target value of the position and orientation of the first moving body 10 and the estimated value of the position and orientation of the first moving body 10. An instruction value for controlling the position and attitude for correcting the error and a target value for the attitude angle are generated. For example, the position control unit 121 indicates a value to a drive unit (not shown) for controlling the x, y, z coordinates (that is, position) and yaw angle (that is, posture) of the first moving body 10. And the target values of the roll angle and the pitch angle (that is, the posture angle) of the first moving body 10 may be generated.
  • the attitude control unit 123 generates an instruction value for controlling the attitude angle and the attitude angular velocity of the first moving body 10. Specifically, the posture control unit 123 calculates an error between the target value of the posture angle of the first moving body 10 and the estimated value of the posture angle of the first moving body 10, and calculates the calculated error. An instruction value for controlling the attitude angle for correction is generated. In addition, the posture control unit 123 calculates and calculates an error between the target value of the posture angular velocity of the first moving body 10 and the estimated value of the posture angular velocity of the first moving body 10, similarly to the posture angle. An instruction value for controlling the posture angular velocity for correcting the error is generated.
  • the attitude control unit 123 provides an instruction value to a drive unit (not shown) for controlling the roll angle and pitch angle (that is, attitude angle) of the first moving body 10, and a roll angular velocity and pitch angular velocity (that is, posture angle). That is, an instruction value to a drive unit (not shown) for controlling the posture angular velocity may be generated.
  • the sensor unit 141 senses the state of the first moving body 10. Specifically, the sensor unit 141 senses information regarding the position and orientation of the first moving body 10.
  • the sensor unit 141 is, for example, various cameras such as an RGB camera, a gray scale camera, a stereo camera, a depth camera, an infrared camera, or a ToF (Time of Flight) camera, an IMU (Inertial Measurement Unit), a pressure sensor, a magnetic sensor or a GNSS.
  • a (Global Navigation Satellite System) sensor may be provided. It goes without saying that the sensor unit 141 may include a plurality of sensors.
  • the position/orientation estimation unit 143 estimates the position and orientation of the first moving body 10 based on the information on the position and orientation of the first moving body 10 sensed by the sensor unit 141. Specifically, the position/orientation estimation unit 143 estimates the position/orientation, velocity, and angular velocity of the first moving body 10 by integrating observation values obtained by a plurality of sensors included in the sensor unit 141. For example, the position / attitude estimation unit 143 may estimate the position / attitude, speed, and angular velocity of the first moving body 10 by using a Kalman filter.
  • the wind speed sensor unit 151 measures the wind speed vector in the first moving body 10. Specifically, the wind speed sensor unit 151 may measure the wind strength and the wind direction in the first moving body 10. For example, the wind speed sensor unit 151 may be an anemometer mounted on the first moving body 10.
  • the receiving unit 153 receives at least one piece of information regarding the wind speed vector observed by the anemometer outside the first moving body 10. Specifically, the receiving unit 153 provides information on the wind speed vector measured by the anemometer from the second moving body 20 existing around the first moving body 10 or the anemometer provided in the observation device. Is received. For example, the receiving unit 153 obtains information on the wind strength and direction measured by the anemometer provided on the second moving body 20, information on the position and orientation of the second moving body 20, and a wind speed vector. Information regarding the measured time may be received from the second mobile body 20. The receiving unit 153 may receive information on the wind speed vector from the second mobile body 20 or the anemometer provided in the observation device, for example, by wireless communication by a known method. Further, the receiving unit 153 may receive information about the wind speed vector measured by a plurality of anemometers at different positions.
  • the wind force predicting unit 155 predicts the wind force applied to the first moving body 10 after a predetermined time, based on the wind speed vector observed by the anemometer outside the first moving body 10. Specifically, the wind force predicting unit 155 predicts the wind force applied to the first moving body 10 after a predetermined time based on the wind speed vector measured by the anemometer of the second moving body 20.
  • the wind power prediction unit 155 performs a fluid simulation using wind speed vectors measured by a plurality of anemometers outside the first moving body 10, so that the wind force applied to the first moving body 10 after a predetermined time is applied. May be predicted.
  • the fluid simulation can be performed by numerically solving the Navier-Stokes equation, the continuity equation, other energy equations, Maxwell's equations, and the like.
  • the wind power prediction unit 155 further uses the information on the structure of the environment around the first moving body 10 to increase the size of the wind speed vector around the first moving body 10 as shown in FIG. You may create the heat map which mapped the height and the direction.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a heat map representing a wind speed vector at each position in a predetermined environment. According to this, the wind power prediction unit 155 can accurately predict the wind speed vector after a predetermined time at the position of the first moving body 10, so that the wind force applied to the first moving body 10 after a predetermined time is accurately predicted. Can be predicted.
  • the wind power prediction unit 155 assumes that the wind corresponding to the wind speed vector measured by the anemometer with the first moving body 10 as the leeward propagates to the first moving body 10.
  • the wind force applied to the first moving body 10 may be predicted after time.
  • the wind power prediction unit 155 can predict the wind power to be applied to the first moving body 10 after a predetermined time more easily than the fluid simulation even when the observation results of the computational resources and the wind speed vector are small. ..
  • FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a method of predicting the wind speed vector in the first moving body 10 from the wind speed vector in the second moving body 20.
  • the wind power prediction unit 155 determines that the wind speed vector of the second moving body 20 with the first moving body 10 as the leeward propagates to the first moving body 10 after a predetermined time.
  • the wind velocity vector in the first moving body 10 after the elapse of time may be predicted.
  • the wind force prediction unit 155 calculates the angle ⁇ formed by the vector Vr connecting the first moving body 10 and the second moving body 20 and the wind speed vector Vs observed by the second moving body 20. To do. Next, the wind force predicting unit 155 determines that the wind velocity vector of the second moving body 20 having the smallest angle ⁇ among the second moving bodies 20 having the distance to the first moving body 10 within a predetermined range. May be used to predict the wind speed vector in the first moving body 10 after a predetermined time. Alternatively, the wind power prediction unit 155 may predict the wind speed vector in the first moving body 10 after a predetermined time by using the wind speed vector of the second moving body 20 having the smallest angle ⁇ .
  • the wind force predicting unit 155 predicts the wind speed vector in the first moving body 10 after a predetermined time by using the wind speed vector of the second moving body 20 having the shortest distance from the first moving body 10. Good.
  • the wind power prediction unit 155 uses the wind speed vector of the second moving body 20 having the shortest distance to the first moving body 10 among the second moving bodies 20 having an angle ⁇ within a predetermined range.
  • the wind velocity vector in the first moving body 10 after a predetermined time may be predicted.
  • the wind speed vector VM in the first moving body 10 after a predetermined time t can be predicted by adding the wind speed vector Vm and the wind speed vector Vs of the second moving body 20 by the following equation 1. ..
  • the wind force predicting unit 155 predicts the wind velocity vector in the first moving body 10 after a predetermined time by a simpler method without performing a complicated fluid simulation, and after the predetermined time, the first moving body 10 is predicted.
  • the wind force on 10 can be predicted.
  • the FF control unit 157 generates an instruction value for generating a propulsive force (not shown) for canceling the wind force applied to the first moving body 10 after a predetermined time. Specifically, the FF control unit 157 cancels the wind force applied to the first moving body 10 predicted by the wind force prediction unit 155, and drives a propulsive force for maintaining the position and posture of the first moving body 10. Generates an instruction value to be generated. That is, the FF control unit 157 performs, on the drive unit, feedforward control for canceling out the wind force predicted to be applied to the first moving body 10 in advance.
  • the drive control unit 130 controls a drive unit (not shown) that drives the first moving body 10. Specifically, the drive control unit 130 controls the drive unit based on the values indicated by the FF control unit 157, the position control unit 121, and the attitude control unit 123, thereby controlling the position and attitude of the first moving body 10. To control. For example, the drive control unit 130 sets the instruction values for controlling the x, y, z coordinates, the yaw angle, the roll angle, the pitch angle, the roll angular velocity, and the pitch angular velocity to the instruction values for canceling the wind force after a predetermined time. The position and orientation of the first moving body 10 may be controlled by controlling the motor, the actuator, or the like based on the indicated value to which the above is added.
  • control device 100 since the wind force applied to the first moving body 10 can be predicted in advance, the driving of the first moving body 10 is fed so that the position and the posture do not change due to the wind force. Forward control is possible.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation flow of the control device 100 according to the present embodiment.
  • the control device 100 estimates the position and posture of the first moving body 10 based on the information sensed by the sensor unit 141 (S101).
  • the control device 100 determines whether the wind speed information including the wind speed vector in the second moving body 20 has been received from the second moving body 20 via the receiving unit 153 (S103).
  • the control device 100 causes the wind speed sensor unit 151 to measure the wind speed information including the wind speed vector in the first moving body 10 (S105). ..
  • the wind force predicting unit 155 causes the wind velocity vector in the first moving body 10, the wind velocity vector in the second moving body 20, information on the position and orientation of the first moving body 10, and the first moving body 10. Based on the information regarding the position and posture of the moving body 20 of 2, the wind force applied to the first moving body 10 after a predetermined time is calculated (S107). Next, the control device 100 calculates the propulsive force for canceling the disturbance caused by the wind force on the first moving body 10 after a predetermined time by the FF control unit 157 (S109).
  • the control device 100 causes the FF control unit 157 to disturb the first moving body 10 after a predetermined time due to the wind power.
  • the propulsive force for canceling is set to zero (S111).
  • control device 100 causes the drive control unit 130 to set a command value for controlling the position and orientation of the first moving body 10 to a command value for generating a propulsive force that cancels the wind force after a predetermined time.
  • the drive unit of the first moving body 10 is controlled based on the added command value (S113).
  • the control device 100 can predict the wind force in the first moving body 10 after a predetermined time based on the wind speed vector measured by the second moving body 20. Therefore, the control device 100 can control the drive of the first moving body 10 so as to maintain the position and attitude with respect to the applied wind power.
  • FIG. 6A is an explanatory diagram showing an example in which a plurality of second moving bodies 20 including an anemometer cause a first moving body 10 including an imaging device 30 to perform stable flight
  • FIG. 6B is an explanatory diagram showing an example in which a first moving body 10 including an anemometer 30 performs stable flight. It is explanatory drawing which shows an example in which a plurality of first moving bodies 10 provided with an image pickup apparatus 30 perform stable flight with each other.
  • the control device 100 arranges a plurality of second mobile bodies 20 having an anemometer around the first mobile body 10 including the image pickup device 30, and the plurality of second mobile bodies.
  • the position and orientation of the first moving body 10 may be stabilized by measuring the wind velocity vector at 20.
  • the control device 100 arranges a plurality of second moving bodies 20 each having an anemometer so as to surround the first moving body 10 so that the wind direction is constantly changed to the first moving body 20.
  • the first moving body 10 can be located leeward of the second moving body 20. According to this, the control device 100 can measure the wind speed vector by the second moving body 20 on the windward side of the first moving body 10 with respect to the wind in any wind direction. The wind force applied to the first moving body 10 after the elapse of time can be predicted with high accuracy.
  • the control device 100 measures the wind velocity vector by the plurality of first moving bodies 10 including the imaging device 30 and the anemometer, and shares the measured wind velocity vector with each other. The position and orientation of the first moving body 10 may be stabilized.
  • the first moving body 10 may be provided with an anemometer for controlling the position and attitude. Therefore, by sharing the measured wind speed vector among the plurality of first moving bodies 10, the control device 100 can use the plurality of first moving bodies 20 without using the second moving body 20 for measuring the wind speed vector. It is possible to stably control the position and posture of the moving body 10. According to this, the control device 100 can improve the efficiency of energy consumption in the first mobile body 10 and the second mobile body 20.
  • FIG. 7A is an explanatory diagram showing an arrangement example of the first moving body 10 and the second moving body 20
  • FIG. 7B is an arrangement of the first moving body 10 and the plurality of second moving bodies 20. It is explanatory drawing which shows an example.
  • the control device 100 may control the arrangement of the second moving body 20 so that the first moving body 10 is always located leeward of the second moving body 20. Specifically, the control device 100 controls the arrangement of the second moving body 20 so that the first moving body 10 is always present in the direction of the wind speed vector Vw measured by the second moving body 20. You may. According to this, the control device 100 can predict the wind force applied to the first moving body 10 after a predetermined time with higher accuracy, based on the wind velocity vector Vw measured by the second moving body 20. become able to.
  • the control device 100 controls the arrangement of the second moving bodies 20 so that the plurality of second moving bodies 20 are located on the opposite sides of the first moving body 10 therebetween. May be. Specifically, the control device 100 controls the arrangement of the second moving body 20 so that the second moving body 20 is always present on the windward side and the leeward side of the first moving body 10. Good.
  • the second mobile body 20A is always present on the windward side of the first mobile body 10 in the direction of the wind speed vector Vw measured by the first mobile body 10, and the first movement
  • the arrangement of the second moving bodies 20A and 20B may be controlled so that the second moving body 20B is always present on the leeward side of the body 10. According to this, the control device 100 can ensure that the second moving body 20 is always on the windward side of the first moving body 10 even when the wind direction suddenly changes. Therefore, the control device 100 can more smoothly control the arrangement of the second moving body 20 with respect to the first moving body 10.
  • the control device 100 further uses information on the position, imaging direction, angle of view, and the like of the first mobile body 10 to bring the second moving body to the angle of view of the imaging device 30 of the first moving body 10.
  • the arrangement of the second moving body 20 may be controlled so that 20 does not enter. Further, the position of the second moving body 20 may be controlled by the second moving body 20 itself instead of the control device 100.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an observation machine including an anemometer for measuring a wind speed vector.
  • the control device 100 determines the wind force applied to the first moving body 10 after a predetermined time based on the wind velocity vector measured by the anemometer provided in the observation device 40 whose position is fixed. You may predict. That is, even if the wind speed vector used for predicting the wind force applied to the first moving body 10 by the control device 100 is measured by an anemometer provided in a movable device such as the second moving body 20. Of course, it may be measured by an anemometer provided in a device whose position is fixed, such as the observation device 40. The control device 100 can be used for predicting the wind force applied to the first moving body 10 regardless of the wind speed vector whose measurement position and measurement time are specified.
  • FIG. 9 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of the control device 100 according to the present embodiment.
  • the control device 100 includes a CPU (Central Processing Unit) 901, a ROM (Read Only Memory) 902, a RAM (Random Access Memory) 903, a host bus 905, a bridge 907, an external bus 906, and an interface 908. It includes an input device 911, an output device 912, a storage device 913, a drive 914, a connection port 915, and a communication device 916.
  • the control device 100 may include a processing circuit such as an electric circuit, a DSP (Digital Signal Processor), or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) instead of the CPU 901 or together with the CPU 901.
  • a processing circuit such as an electric circuit, a DSP (Digital Signal Processor), or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) instead of the CPU 901 or together with the CPU 901.
  • the CPU 901 functions as an arithmetic processing device and a control device, and controls the overall operation in the control device 100 according to various programs. Further, the CPU 901 may be a microprocessor.
  • the ROM 902 stores programs used by the CPU 901, operation parameters, and the like.
  • the RAM 903 temporarily stores a program used in the execution of the CPU 901, parameters that appropriately change in the execution, and the like. Even if the CPU 901 executes the functions of the target value generation unit 110, the position control unit 121, the attitude control unit 123, the drive control unit 130, the position/orientation estimation unit 143, the wind force prediction unit 155, and the FF control unit 157, for example. Good.
  • the CPU 901, ROM 902, and RAM 903 are connected to each other by a host bus 905 including a CPU bus and the like.
  • the host bus 905 is connected to an external bus 906 such as a PCI (Peripheral Component Interconnect / Interface) bus via a bridge 907.
  • the host bus 905, the bridge 907, and the external bus 906 do not necessarily have to be separately configured, and these functions may be implemented on one bus.
  • the input device 911 is a device in which information is input by a user such as a mouse, keyboard, touch panel, buttons, microphone, switch, or lever. Further, the input device 911 may include, for example, an input control circuit that generates an input signal based on the information input by the user using the above input means. Further, the input device 911 may include a sensor and a circuit that observe the state of the environment or the moving body and generate a detection signal based on the observation result. The input device 911 may execute the functions of the sensor unit 141 and the wind speed sensor unit 151, for example.
  • the output device 912 is a device capable of visually or audibly notifying the user of information.
  • the output device 912 is, for example, a display device such as a CRT (Cathode Ray Tube) display device, a liquid crystal display device, a plasma display device, an EL (Electro Luminescence) display device, a laser projector, an LED (Light Emitting Diode) projector, or a lamp.
  • a display device such as a CRT (Cathode Ray Tube) display device, a liquid crystal display device, a plasma display device, an EL (Electro Luminescence) display device, a laser projector, an LED (Light Emitting Diode) projector, or a lamp.
  • a display device such as a CRT (Cathode Ray Tube) display device, a liquid crystal display device, a plasma display device, an EL (Electro Luminescence) display device, a laser projector, an LED (Light Emitting Diode) project
  • the output device 912 may output the results obtained by various processes by the control device 100, for example. Specifically, the output device 912 may visually display the results obtained by various processes by the control device 100 in various formats such as texts, images, tables, and graphs. Alternatively, the output device 912 may convert an audio signal such as voice data or acoustic data into an analog signal and output it audibly.
  • the storage device 913 is a device for storing data formed as an example of a storage unit of the control device 100.
  • the storage device 913 may be realized by, for example, a magnetic storage device such as a HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, a magneto-optical storage device, or the like.
  • the storage device 913 may include a storage medium, a recording device that records data in the storage medium, a reading device that reads data from the storage medium, and a deletion device that deletes data recorded in the storage medium.
  • the storage device 913 may store programs executed by the CPU 901, various data, various data acquired from the outside, and the like.
  • the drive 914 is a reader / writer for a storage medium, and is built in or externally attached to the control device 100.
  • the drive 914 reads out the information recorded in the removable storage medium such as the mounted magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory, and outputs the information to the RAM 903.
  • the drive 914 can also write information in a removable storage medium.
  • connection port 915 is an interface connected to an external device.
  • the connection port 915 is a connection port capable of transmitting data with an external device, and may be, for example, USB (Universal Serial Bus).
  • the communication device 916 is, for example, an interface formed of a communication device or the like for connecting to the network 920.
  • the communication device 916 may be, for example, a wired or wireless LAN (Local Area Network), LTE (Long Term Evolution), Bluetooth (registered trademark), or WUSB (Wireless USB) communication card.
  • the communication device 916 may be a router for optical communication, a router for ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), or a modem for various kinds of communication.
  • the communication device 916 can send and receive signals and the like to and from the Internet or other communication devices according to a predetermined protocol such as TCP / IP.
  • the communication device 916 may execute the function of the reception unit 153, for example.
  • the network 920 is a wired or wireless transmission path for information.
  • the network 920 may include the Internet, a public line network such as a telephone line network or a satellite communication network, various LAN (Local Area Network) including Ethernet (registered trademark), or WAN (Wide Area Network).
  • the network 920 may include a dedicated line network such as IP-VPN (Internet Protocol-Virtual Private Network).
  • control device 100 It is also possible to create a computer program for hardware such as the CPU, ROM, and RAM built in the control device 100 to exert the same functions as the respective configurations of the control device 100 according to the above-described embodiment. Is. It is also possible to provide a storage medium in which the computer program is stored.
  • the effects described in the present specification are merely explanatory or exemplifying ones, and are not limiting. That is, the technique according to the present disclosure can exert other effects that are apparent to those skilled in the art from the description of the present specification, in addition to or instead of the above effects.
  • the wind force predicting unit predicts a wind force applied to the moving body after a predetermined time, further based on a wind speed vector measured by an internal anemometer provided in the moving body, (1) or (2) above.
  • the wind force predicting unit predicts a wind force applied to the moving body after a predetermined time, based on the wind speed vector measured by the external anemometer existing within a predetermined distance from the moving body, (5) Alternatively, the control device according to (6).
  • the control device according to (8), wherein the other moving body is controlled so that the moving body exists in a leeward direction.
  • the other moving body provided with the external anemometer is a plurality, The control device according to (8), wherein the other moving body is controlled so as to be positioned on opposite sides of the moving body.

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Abstract

少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信する受信部と、受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する風力予測部と、予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御する制御部と、を備える、制御装置。

Description

制御装置、制御方法、及びプログラム
　本開示は、制御装置、制御方法、及びプログラムに関する。
　近年、ドローン等の小型の飛行体を用いて、空中から広範囲の領域に対して効率的に作業を行うことが検討されている。
　例えば、以下の特許文献１には、飛行機体を用いて圃場に肥料等を散布する技術が開示されている。また、撮像装置を搭載したドローン等を用いて、空中から広範囲を撮像することも一般的に行われている。
　飛行体を用いて作業を行う場合、作業中に、飛行体を所定の場所に安定して留まらせること、又は飛行体を所定の軌道に沿って安定して飛行させることが重要となる。そこで、例えば、強風などによって、ホバリング中の飛行体の位置が変わってしまった場合に、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）センサ等を用いて、強風前の位置に飛行体を自動的に戻す技術などが開発されている。
特開２０１８－１２７０７６号公報
　しかし、上述した技術では、強風時に、飛行体の位置及び姿勢が一時的に不安定になることを防ぐことは困難であった。そのため、突発的な強風を受けた場合でも、飛行体を可能な限り安定した位置及び姿勢に留まらせることを可能とする技術が求められていた。
　本開示によれば、少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信する受信部と、受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する風力予測部と、予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御する制御部と、を備える、制御装置が提供される。
　また、本開示によれば、少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信することと、演算装置によって、受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測することと、予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御することと、を含む、制御方法が提供される。
　さらに、本開示によれば、コンピュータを、少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信する受信部と、受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する風力予測部と、予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御する制御部と、として機能させる、プログラムが提供される。
本開示の一実施形態に係る制御装置によって制御される移動体の一例を示す説明図である。 同実施形態に係る制御装置の機能構成を説明するブロック図である。 所定の環境の各位置における風速ベクトルを表すヒートマップの一例を示す模式図である。 第２の移動体における風速ベクトルから、第１の移動体における風速ベクトルを予測する方法を説明する説明図である。 同実施形態に係る制御装置の動作の流れを説明するフローチャート図である。 風速計を備える複数の第２の移動体によって、撮像装置を備える第１の移動体に安定した飛行を行わせる例を示す説明図である。 風速計及び撮像装置を備える複数の第１の移動体にて相互に安定した飛行を行わせる例を示す説明図である。 第１の移動体、及び第２の移動体の配置例を示す説明図である。 第１の移動体、及び複数の第２の移動体の配置例を示す説明図である。 風速ベクトルを測定する風速計を備える観測機を説明する説明図である。 同実施形態に係る制御装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　なお、説明は以下の順序で行うものとする。
　１．制御装置の概要
　２．制御装置の構成
　３．制御装置の動作
　４．バリエーション
　５．ハードウェア構成
　＜１．制御装置の概要＞
　まず、図１を参照して、本開示の一実施形態に係る制御装置の概要について説明する。図１は、本実施形態に係る制御装置によって制御される移動体の一例を示す説明図である。
　なお、以下では、移動体の一例として飛行体を例示するが、本実施形態に係る制御装置にて制御される移動体は、かかる例示に限定されない。制御装置にて制御される移動体は、飛行していなくともよい。
　図１に示すように、本実施形態に係る制御装置は、飛行する第１の移動体１０の位置及び姿勢を制御する。具体的には、本実施形態に係る制御装置は、風速計を備えた第２の移動体２０にて測定された風速ベクトルに基づいて、空中から広範囲の領域に対して作業を行う第１の移動体１０の位置及び姿勢を制御する。なお、本実施形態に係る制御装置は、風速計を備えた第２の移動体２０の位置及び姿勢もさらに制御してもよい。
　第１の移動体１０は、例えば、撮像装置３０を備え、回転翼によって飛行するヘリコプター又はマルチコプター等の飛行体である。第１の移動体１０は、例えば、撮像装置３０を用いて、広範囲の領域を空中から撮像することができる。
　ただし、第１の移動体１０は、空中から広範囲の領域に対して作業を行うものであれば、撮像装置３０以外の装置を備えていてもよい。例えば、第１の移動体１０は、空中から広範囲の地形を測定する測定装置、又は空中から広範囲の領域に液体又は固体を散布する散布装置を備えていてもよい。
　第１の移動体１０は、空中から広範囲の領域に対して作業を行うため、位置及び姿勢が安定していることが重要となる。具体的には、第１の移動体１０は、突発的な強風等を受けた場合でも、位置及び姿勢を可能な限り乱されずに飛行することが重要となる。
　第２の移動体２０は、例えば、風速計を備え、第１の移動体１０と同様に回転翼によって飛行するヘリコプター又はマルチコプター等の飛行体である。第２の移動体２０は、風速計を用いて第２の移動体２０の位置における風速ベクトルを測定する。
　本実施形態に係る制御装置は、第２の移動体２０にて測定された風速ベクトルに基づいて、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を予測し、予測した風力に基づいて第１の移動体１０を制御する。これによれば、制御装置は、第１の移動体１０に加わる風力を打ち消すような推進力を第１の移動体１０に生じさせることができるため、第１の移動体１０の位置及び姿勢が強風等の外乱によって乱されることを抑制することができる。
　本実施形態に係る制御装置は、第１の移動体１０に備えられた制御ユニットであってもよい。または、本実施形態に係る制御装置は、第１の移動体１０、及び第２の移動体２０と無線通信することが可能な情報処理装置であってもよい。
　＜２．制御装置の構成＞
　続いて、図２～図４を参照して、上記で概要を説明した本実施形態に係る制御装置の構成について、具体的に説明する。以下では、本実施形態に係る制御装置は、第１の移動体１０に備えられており、第１の移動体１０の駆動全般を制御するものとして説明を行う。図２は、本実施形態に係る制御装置の機能構成を説明するブロック図である。
　図２に示すように、本実施形態に係る制御装置１００は、目標値生成部１１０と、位置制御部１２１と、姿勢制御部１２３と、駆動制御部１３０と、センサ部１４１と、位置・姿勢推定部１４３と、風速センサ部１５１と、受信部１５３と、風力予測部１５５と、ＦＦ制御部１５７と、を備える。
　目標値生成部１１０は、第１の移動体１０の位置及び姿勢の目標値を生成する。具体的には、目標値生成部１１０は、第１の移動体１０を無線操縦する送信機から送信された移動指示、又は第１の移動体１０の内部で生成された移動計画に基づいて、第１の移動体１０の位置及び姿勢の目標値を生成する。例えば、目標値生成部１１０は、所定時刻における第１の移動体１０のｘ、ｙ、ｚ座標（すなわち、位置）の目標値と、ヨー角（すなわち、姿勢）の目標値とを生成してもよい。
　位置制御部１２１は、第１の移動体１０の位置を制御する指示値を生成し、さらに第１の移動体１０の姿勢角の目標値を生成する。具体的には、位置制御部１２１は、第１の移動体１０の位置及び姿勢の目標値と、第１の移動体１０の位置及び姿勢の推定値との間の誤差を算出し、算出した誤差を補正するための位置及び姿勢の制御の指示値と、姿勢角の目標値とを生成する。例えば、位置制御部１２１は、第１の移動体１０のｘ、ｙ、ｚ座標（すなわち、位置）及びヨー角（すなわち、姿勢）を制御するための駆動部（図示せず）への指示値と、第１の移動体１０のロール角及びピッチ角（すなわち、姿勢角）の目標値とを生成してもよい。
　姿勢制御部１２３は、第１の移動体１０の姿勢角、及び姿勢角速度の制御の指示値を生成する。具体的には、姿勢制御部１２３は、第１の移動体１０の姿勢角の目標値と、第１の移動体１０の姿勢角の推定値との間の誤差を算出し、算出した誤差を補正するための姿勢角の制御の指示値を生成する。また、姿勢制御部１２３は、姿勢角と同様に、第１の移動体１０の姿勢角速度の目標値と、第１の移動体１０の姿勢角速度の推定値との間の誤差を算出し、算出した誤差を補正するための姿勢角速度の制御の指示値を生成する。例えば、姿勢制御部１２３は、第１の移動体１０のロール角及びピッチ角（すなわち、姿勢角）を制御するための駆動部（図示せず）への指示値と、ロール角速度及びピッチ角速度（すなわち、姿勢角速度）を制御するための駆動部（図示せず）への指示値とを生成してもよい。
　センサ部１４１は、第１の移動体１０の状態をセンシングする。具体的には、センサ部１４１は、第１の移動体１０の位置及び姿勢に関する情報をセンシングする。センサ部１４１は、例えば、ＲＧＢカメラ、グレースケールカメラ、ステレオカメラ、デプスカメラ、赤外線カメラ、若しくはＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）カメラ等の各種カメラ、ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｕｎｉｔ）、気圧センサ、磁気センサ又はＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）センサを備えていてもよい。なお、センサ部１４１は、複数のセンサを備えていてもよいことは言うまでもない。
　位置・姿勢推定部１４３は、センサ部１４１にてセンシングされた第１の移動体１０の位置及び姿勢に関する情報に基づいて、第１の移動体１０の位置及び姿勢を推定する。具体的には、位置・姿勢推定部１４３は、センサ部１４１が備える複数のセンサによる観測値を統合することで、第１の移動体１０の位置・姿勢、速度、及び角速度を推定する。例えば、位置・姿勢推定部１４３は、カルマンフィルタを用いることで、第１の移動体１０の位置・姿勢、速度、及び角速度を推定してもよい。
　風速センサ部１５１は、第１の移動体１０における風速ベクトルを測定する。具体的には、風速センサ部１５１は、第１の移動体１０における風の強さ及び風向きを測定してもよい。例えば、風速センサ部１５１は、第１の移動体１０に搭載された風向風速計であってもよい。
　受信部１５３は、第１の移動体１０の外部の風速計にて観測された風速ベクトルに関する情報を少なくとも１つ以上受信する。具体的には、受信部１５３は、第１の移動体１０の周囲に存在する第２の移動体２０又は観測機に備えられた風速計から、該風速計にて測定された風速ベクトルに関する情報を少なくとも１つ以上受信する。例えば、受信部１５３は、第２の移動体２０に備えられた風速計にて測定された風の強さ及び風向きに関する情報、第２の移動体２０の位置及び姿勢に関する情報、並びに風速ベクトルを測定した時刻に関する情報を第２の移動体２０から受信してもよい。受信部１５３は、例えば、公知の方式による無線通信によって、第２の移動体２０又は観測機に備えられた風速計から風速ベクトルに関する情報を受信してもよい。また、受信部１５３は、異なる位置の複数の風速計にて測定された風速ベクトルに関する情報をそれぞれ受信してもよい。
　風力予測部１５５は、第１の移動体１０の外部の風速計にて観測された風速ベクトルに基づいて、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を予測する。具体的には、風力予測部１５５は、第２の移動体２０の風速計にて測定された風速ベクトルに基づいて、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を予測する。
　例えば、風力予測部１５５は、第１の移動体１０の外部の複数の風速計にて測定された風速ベクトルを用いて流体シミュレーションを行うことで、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を予測してもよい。流体シミュレーションは、ナビエ－ストークス方程式と連続の式、その他エネルギーの式、及びマクスウェルの方程式等を連立させて数値的に解くことで行うことができる。
　このような場合、風力予測部１５５は、第１の移動体１０の周囲の環境の構造に関する情報をさらに用いることで、図３に示すような第１の移動体１０の周囲の風速ベクトルの大きさ及び方向をマッピングしたヒートマップを作成してもよい。図３は、所定の環境の各位置における風速ベクトルを表すヒートマップの一例を示す模式図である。これによれば、風力予測部１５５は、第１の移動体１０の位置における所定時間後の風速ベクトルを正確に予測することができるため、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を正確に予測することができる。
　または、風力予測部１５５は、第１の移動体１０を風下とする風速計にて測定された風速ベクトルに対応する風が第１の移動体１０に伝搬していくと仮定することで、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を予測してもよい。このような場合、風力予測部１５５は、計算資源、及び風速ベクトルの観測結果が少ない場合でも、流体シミュレーションよりも簡便に、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を予測することができる。
　以下では、かかる風力予測部１５５による簡便な風力の予測方法について図４を参照して説明する。図４は、第２の移動体２０における風速ベクトルから、第１の移動体１０における風速ベクトルを予測する方法を説明する説明図である。
　図４に示すように、風力予測部１５５は、第１の移動体１０を風下とする第２の移動体２０の風速ベクトルが所定時間後に第１の移動体１０に伝搬すると仮定して、所定時間後の第１の移動体１０における風速ベクトルを予測してもよい。
　具体的には、風力予測部１５５は、第１の移動体１０及び第２の移動体２０を結ぶベクトルＶｒと、第２の移動体２０にて観測した風速ベクトルＶｓとがなす角度θを計算する。次に、風力予測部１５５は、第１の移動体１０との距離が所定の範囲内となる第２の移動体２０の中で、角度θが最も小さくなる第２の移動体２０の風速ベクトルを用いて、所定時間後の第１の移動体１０における風速ベクトルを予測してもよい。または、風力予測部１５５は、角度θが最も小さくなる第２の移動体２０の風速ベクトルを用いて、所定時間後の第１の移動体１０における風速ベクトルを予測してもよい。
　もしくは、風力予測部１５５は、第１の移動体１０との距離が最も短い第２の移動体２０の風速ベクトルを用いて、所定時間後の第１の移動体１０における風速ベクトルを予測してもよい。または、風力予測部１５５は、角度θが所定の範囲内である第２の移動体２０の中で第１の移動体１０との距離が最も短い第２の移動体２０の風速ベクトルを用いて、所定時間後の第１の移動体１０における風速ベクトルを予測してもよい。
　例えば、第１の移動体１０の風速ベクトルＶｍと垂直であり、かつ第１の移動体１０を面内に含む平面Ｐｍと、第２の移動体２０の風速ベクトルＶｓと垂直であり、かつ第２の移動体２０を面内に含む平面Ｐｓとの距離Ｄｒが５ｍであるとする。また、第２の移動体２０の風速ベクトルＶｓの風速を１０ｍ／ｓであるとする。
　このとき、第２の移動体２０の風速ベクトルＶｓが第１の移動体１０に伝搬する際にかかる時間Ｔは、Ｔ＝５（ｍ）／１０（ｍ／ｓ）＝０．５（ｓ）と仮定することができる。したがって、所定時間ｔ後の第１の移動体１０における風速ベクトルＶＭは、風速ベクトルＶｍと、第２の移動体２０の風速ベクトルＶｓとを以下の式１によって足し合わせることで予測することができる。
　　ＶＭ＝Ｖｍ×（１－ｔ／Ｔ）＋Ｖｓ×ｔ／Ｔ（ただし、ｔ≦Ｔ）　・・・式１
　したがって、例えば、ｔ＝０．１である場合、風力予測部１５５は、０．１秒後の第１の移動体１０における風速ベクトルＶＭを、ＶＭ＝０．８Ｖｍ＋０．２Ｖｓと予測することができる。
　これによれば、風力予測部１５５は、複雑な流体シミュレーションを行わずとも、所定時間後の第１の移動体１０における風速ベクトルをより簡便な方法で予測し、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を予測することができる。
　ＦＦ制御部１５７は、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を打ち消す推進力を第１の移動体１０の駆動部（図示せず）に発生させるための指示値を生成する。具体的には、ＦＦ制御部１５７は、風力予測部１５５にて予測された第１の移動体１０に加わる風力を打ち消し、第１の移動体１０の位置及び姿勢を維持する推進力を駆動部に発生させるための指示値を生成する。すなわち、ＦＦ制御部１５７は、駆動部に対して、第１の移動体１０に加わると予測される風力を前もって打ち消すフィードフォワード（ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ）制御を行う。
　駆動制御部１３０は、第１の移動体１０を駆動させる駆動部（図示せず）を制御する。具体的には、駆動制御部１３０は、ＦＦ制御部１５７、位置制御部１２１及び姿勢制御部１２３からの指示値に基づいて駆動部を制御することで、第１の移動体１０の位置及び姿勢を制御する。例えば、駆動制御部１３０は、ｘ、ｙ、ｚ座標、ヨー角、ロール角、ピッチ角、ロール角速度、及びピッチ角速度を制御するための指示値に、所定時間後の風力を打ち消すための指示値を加えた指示値に基づいて、モータ又はアクチュエータ等を制御することで、第１の移動体１０の位置及び姿勢を制御してもよい。
　以上の構成を備える制御装置１００によれば、第１の移動体１０に加わる風力をあらかじめ予測することができるため、風力によって位置及び姿勢が変化しないように第１の移動体１０の駆動をフィードフォワード制御することができる。
　＜３．制御装置の動作＞
　次に、図５を参照して、本実施形態に係る制御装置１００の動作について説明する。図５は、本実施形態に係る制御装置１００の動作の流れを説明するフローチャート図である。
　図５に示すように、まず、制御装置１００は、センサ部１４１にてセンシングされた情報に基づいて、第１の移動体１０の位置及び姿勢を推定する（Ｓ１０１）。次に、制御装置１００は、受信部１５３を介して、第２の移動体２０における風速ベクトルを含む風速情報を第２の移動体２０から受信したか否かを判断する（Ｓ１０３）。第２の移動体２０から風速情報を受信した場合（Ｓ１０３／Ｙｅｓ）、制御装置１００は、風速センサ部１５１にて、第１の移動体１０における風速ベクトルを含む風速情報を測定する（Ｓ１０５）。
　続いて、制御装置１００は、風力予測部１５５にて、第１の移動体１０における風速ベクトル、第２の移動体２０における風速ベクトル、第１の移動体１０の位置及び姿勢に関する情報、及び第２の移動体２０の位置及び姿勢に関する情報に基づいて、所定時間後の第１の移動体１０に加わる風力を算出する（Ｓ１０７）。次に、制御装置１００は、ＦＦ制御部１５７にて、所定時間後の第１の移動体１０に対する風力による外乱を打ち消すための推進力を算出する（Ｓ１０９）。一方、第２の移動体２０から風速情報を受信していない場合（Ｓ１０３／Ｎｏ）、制御装置１００は、ＦＦ制御部１５７にて、所定時間後の第１の移動体１０に対する風力による外乱を打ち消すための推進力をゼロに設定する（Ｓ１１１）。
　その後、制御装置１００は、駆動制御部１３０にて、第１の移動体１０の位置及び姿勢を制御するための指令値に、所定時間後の風力を打ち消す推進力を発生させるための指令値を加えた指令値に基づいて、第１の移動体１０の駆動部を制御する（Ｓ１１３）。
　以上の動作の流れによれば、制御装置１００は、第２の移動体２０にて測定された風速ベクトルに基づいて、所定時間後の第１の移動体１０における風力を予測することができる。したがって、制御装置１００は、加えられた風力に対して位置及び姿勢を維持するように第１の移動体１０の駆動を制御することが可能になる。
　＜４．バリエーション＞
　次に、図６Ａ～図８を参照して、本実施形態に係る制御装置１００による制御のバリエーションについて説明する。
　まず、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、本実施形態に係る制御装置１００によって駆動が制御される第１の移動体１０と、制御装置１００の制御に用いられる風速ベクトルを観測する風速計を備える第２の移動体２０との関係のバリエーションについて説明する。図６Ａは、風速計を備える複数の第２の移動体２０によって、撮像装置３０を備える第１の移動体１０に安定した飛行を行わせる例を示す説明図であり、図６Ｂは、風速計及び撮像装置３０を備える複数の第１の移動体１０にて相互に安定した飛行を行わせる例を示す説明図である。
　図６Ａに示すように、制御装置１００は、撮像装置３０を備える第１の移動体１０の周囲に風速計を備えた複数の第２の移動体２０を配置し、複数の第２の移動体２０にて風速ベクトルを測定することで、第１の移動体１０の位置及び姿勢を安定化させてもよい。
　第１の移動体１０は、空中から撮像という作業を行うため、突発的な強風等に対しても安定した位置及び姿勢を維持することが重要となる。そこで、制御装置１００は、第１の移動体１０の周囲を囲むように風速計を備えた第２の移動体２０を複数配置することで、風向きが時々刻々に変化した場合でも、常に、第１の移動体１０が第２の移動体２０の風下に位置するようにすることができる。これによれば、制御装置１００は、どのような風向きの風に対しても、第１の移動体１０の風上の第２の移動体２０にて風速ベクトルを測定することができるため、所定時間後の第１の移動体１０に加わる風力を高い精度で予測することができる。
　図６Ｂに示すように、制御装置１００は、撮像装置３０及び風速計を備える複数の第１の移動体１０にて風速ベクトルを測定し、測定された風速ベクトルを相互に共有することで、第１の移動体１０の位置及び姿勢を安定させてもよい。
　第１の移動体１０は、位置及び姿勢の制御のために風速計を備えていることがある。そこで、測定された風速ベクトルを複数の第１の移動体１０の間で共有することによって、制御装置１００は、風速ベクトルを測定する第２の移動体２０を用いずとも、複数の第１の移動体１０の位置及び姿勢を安定に制御することが可能となる。これによれば、制御装置１００は、第１の移動体１０、及び第２の移動体２０におけるエネルギー消費の効率を向上させることができる。
　次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、本実施形態に係る制御装置１００による第１の移動体１０、及び第２の移動体２０の配置の制御のバリエーションについて説明する。図７Ａは、第１の移動体１０、及び第２の移動体２０の配置例を示す説明図であり、図７Ｂは、第１の移動体１０、及び複数の第２の移動体２０の配置例を示す説明図である。
　図７Ａに示すように、制御装置１００は、第２の移動体２０の風下に第１の移動体１０が常に存在するように、第２の移動体２０の配置を制御してもよい。具体的には、制御装置１００は、第２の移動体２０にて測定された風速ベクトルＶｗの方向に第１の移動体１０が常に存在するように、第２の移動体２０の配置を制御してもよい。これによれば、制御装置１００は、第２の移動体２０にて測定された風速ベクトルＶｗに基づいて、所定時間後の第１の移動体１０に加わる風力をより高い精度で予測することができるようになる。
　図７Ｂに示すように、制御装置１００は、複数の第２の移動体２０が第１の移動体１０を挟んで互いに反対側に位置するように、第２の移動体２０の配置を制御してもよい。具体的には、制御装置１００は、第１の移動体１０の風上、及び風下のそれぞれに第２の移動体２０が常に存在するように、第２の移動体２０の配置を制御してもよい。
　例えば、制御装置１００は、第１の移動体１０にて測定された風速ベクトルＶｗの方向に、第１の移動体１０の風上側に第２の移動体２０Ａが常に存在し、第１の移動体１０の風下側に第２の移動体２０Ｂが常に存在するように、第２の移動体２０Ａ、２０Ｂの配置を制御してもよい。これによれば、制御装置１００は、風向きが突発的に変化した場合でも、第１の移動体１０の風上に第２の移動体２０が常に存在するようにすることができる。したがって、制御装置１００は、第１の移動体１０に対する第２の移動体２０の配置をより円滑に制御することができる。
　なお、制御装置１００は、第１の移動体１０の位置、撮像方向、及び画角等に関する情報をさらに用いることで、第１の移動体１０の撮像装置３０の画角に第２の移動体２０が入り込まないように第２の移動体２０の配置を制御してもよい。また、第２の移動体２０の位置は、制御装置１００ではなく、第２の移動体２０自身にて制御されてもよい。
　続いて、図８を参照して、本実施形態に係る制御装置１００において、第１の移動体１０に加わる風力の予測に用いられる風速ベクトルを取得する風速計のバリエーションについて説明する。図８は、風速ベクトルを測定する風速計を備える観測機を説明する説明図である。
　図８に示すように、制御装置１００は、位置が固定された観測機４０に備えられた風速計にて測定された風速ベクトルに基づいて、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を予測してもよい。すなわち、制御装置１００にて第１の移動体１０に加わる風力の予測に用いられる風速ベクトルは、第２の移動体２０のような移動可能な装置に設けられた風速計にて測定されてもよく、観測機４０のような位置が固定された装置に設けられた風速計にて測定されてもよい。制御装置１００は、測定位置、及び測定時刻が特定された風速ベクトルであればどのような風速ベクトルであっても、第１の移動体１０に加わる風力の予測に用いることができる。
　＜５．ハードウェア構成＞
　続いて、図９を参照して、本実施形態に係る制御装置１００のハードウェア構成について説明する。図９は、本実施形態に係る制御装置１００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
　図９に示すように、制御装置１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）９０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）９０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）９０３、ホストバス９０５、ブリッジ９０７、外部バス９０６、インタフェース９０８、入力装置９１１、出力装置９１２、ストレージ装置９１３、ドライブ９１４、接続ポート９１５、及び通信装置９１６を備える。制御装置１００は、ＣＰＵ９０１に替えて、又はＣＰＵ９０１と共に、電気回路、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の処理回路を備えてもよい。
　ＣＰＵ９０１は、演算処理装置、及び制御装置として機能し、各種プログラムに従って制御装置１００内の動作全般を制御する。また、ＣＰＵ９０１は、マイクロプロセッサであってもよい。ＲＯＭ９０２は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラム及び演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０３は、ＣＰＵ９０１の実行において使用するプログラム、及びその実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。ＣＰＵ９０１は、例えば、目標値生成部１１０、位置制御部１２１、姿勢制御部１２３、駆動制御部１３０、位置・姿勢推定部１４３、風力予測部１５５、及びＦＦ制御部１５７の機能を実行してもよい。
　ＣＰＵ９０１、ＲＯＭ９０２、及びＲＡＭ９０３は、ＣＰＵバスなどを含むホストバス９０５により相互に接続されている。ホストバス９０５は、ブリッジ９０７を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バス９０６に接続されている。なお、ホストバス９０５、ブリッジ９０７、及び外部バス９０６は、必ずしも分離構成されなくともよく、１つのバスにこれらの機能が実装されてもよい。
　入力装置９１１は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等のユーザによって情報が入力される装置である。さらに、入力装置９１１は、例えば、上記の入力手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成する入力制御回路などを含んでもよい。また、入力装置９１１は、環境又は移動体の状態を観測し、観測結果に基づいて検出信号を生成するセンサ及び回路を含んでもよい。入力装置９１１は、例えば、センサ部１４１、及び風速センサ部１５１の機能を実行してもよい。
　出力装置９１２は、情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置である。出力装置９１２は、例えば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｒａｙ　Ｔｕｂｅ）ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ装置、レーザープロジェクタ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）プロジェクタ、又はランプ等の表示装置であってもよく、スピーカ、又はヘッドホン等の音声出力装置等であってもよい。
　出力装置９１２は、例えば、制御装置１００による各種処理にて得られた結果を出力してもよい。具体的には、出力装置９１２は、制御装置１００による各種処理にて得られた結果を、テキスト、イメージ、表、又はグラフ等の様々な形式で視覚的に表示してもよい。または、出力装置９１２は、音声データ又は音響データ等のオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力してもよい。
　ストレージ装置９１３は、制御装置１００の記憶部の一例として形成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等により実現されてもよい。例えば、ストレージ装置９１３は、記憶媒体、記憶媒体にデータを記録する記録装置、記憶媒体からデータを読み出す読出装置、及び記憶媒体に記録されたデータを削除する削除装置などを含んでもよい。ストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラム、各種データ及び外部から取得した各種のデータ等を格納してもよい。
　ドライブ９１４は、記憶媒体用リーダライタであり、制御装置１００に内蔵又は外付けされる。ドライブ９１４は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記憶媒体に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０３に出力する。また、ドライブ９１４は、リムーバブル記憶媒体に情報を書き込むことも可能である。
　接続ポート９１５は、外部機器と接続されるインタフェースである。接続ポート９１５は、外部機器とのデータ伝送可能な接続口であり、例えばＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）であってもよい。
　通信装置９１６は、例えば、ネットワーク９２０に接続するための通信デバイス等で形成されたインタフェースである。通信装置９１６は、例えば、有線若しくは無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ＵＳＢ）用の通信カード等であってもよい。また、通信装置９１６は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ　Ｌｉｎｅ）用のルータ、又は各種通信用のモデム等であってもよい。通信装置９１６は、例えば、インターネット、又は他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。通信装置９１６は、例えば、受信部１５３の機能を実行してもよい。
　なお、ネットワーク９２０は、情報の有線又は無線の伝送路である。例えば、ネットワーク９２０は、インターネット、電話回線網若しくは衛星通信網などの公衆回線網、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）を含む各種のＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、又はＷＡＮ（Ｗｉｄｅ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）などを含んでもよい。また、ネットワーク９２０は、ＩＰ－ＶＰＮ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ－Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｐｒｉｖａｔｅ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの専用回線網を含んでもよい。
　なお、制御装置１００に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭなどのハードウェアに対して、上述した本実施形態に係る制御装置１００の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供することが可能である。
　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
　なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
　少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信する受信部と、
　受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する風力予測部と、
　予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御する制御部と、
を備える、制御装置。
（２）
　前記制御部は、前記風力を打ち消すように前記移動体の駆動を制御する、前記（１）に記載の制御装置。
（３）
　前記風力予測部は、前記移動体に設けられた内部風速計にて測定された風速ベクトルにさらに基づいて、所定時間後の前記移動体に加わる風力を予測する、前記（１）又は（２）に記載の制御装置。
（４）
　前記風力予測部は、前記移動体の周囲の環境情報にさらに基づいて、所定時間後の前記移動体に加わる風力を予測する、前記（１）～（３）のいずれか一項に記載の制御装置。
（５）
　前記風力予測部は、異なる位置に設けられた複数の前記外部風速計にて測定された前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する、前記（１）～（４）のいずれか一項に記載の制御装置。
（６）
　前記風力予測部は、前記移動体を風下とする前記外部風速計にて測定された前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する、前記（５）に記載の制御装置。
（７）
　前記風力予測部は、前記移動体から所定の距離内に存在する前記外部風速計にて測定された前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する、前記（５）又は（６）に記載の制御装置。
（８）
　前記外部風速計は、前記移動体と異なる他の移動体に設けられる、前記（１）～（７）のいずれか一項に記載の制御装置。
（９）
　前記他の移動体は、前記移動体が風下方向に存在するように制御される、前記（８）に記載の制御装置。
（１０）
　前記外部風速計が設けられた前記他の移動体は、複数であり、
　前記他の移動体は、前記移動体を挟んで互いに反対側にそれぞれ位置するように制御される、前記（８）に記載の制御装置。
（１１）
　前記他の移動体は、前記移動体の風上方向、及び風下方向にそれぞれ位置するように制御される、前記（１０）に記載の制御装置。
（１２）
　前記移動体は、回転翼によって飛行する飛行体である、前記（１）～（１１）のいずれか一項に記載の制御装置。
（１３）
　前記移動体は、撮像装置を備える、前記（１）～（１２）のいずれか一項に記載の制御装置。
（１４）
　少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信することと、
　演算装置によって、受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測することと、
　予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御することと、
を含む、制御方法。
（１５）
　コンピュータを、
　少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信する受信部と、
　受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する風力予測部と、
　予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御する制御部と、
として機能させる、プログラム。
　１０　　　第１の移動体
　２０　　　第２の移動体
　３０　　　撮像装置
　４０　　　観測機
　１００　　制御装置
　１１０　　目標値生成部
　１２１　　位置制御部
　１２３　　姿勢制御部
　１３０　　駆動制御部
　１４１　　センサ部
　１４３　　位置・姿勢推定部
　１５１　　風速センサ部
　１５３　　受信部
　１５５　　風力予測部
　１５７　　ＦＦ制御部

Claims (15)

  1. 　少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信する受信部と、
    　受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する風力予測部と、
    　予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御する制御部と、
    を備える、制御装置。
  2. 　前記制御部は、前記風力を打ち消すように前記移動体の駆動を制御する、請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記風力予測部は、前記移動体に設けられた内部風速計にて測定された風速ベクトルにさらに基づいて、所定時間後の前記移動体に加わる風力を予測する、請求項１に記載の制御装置。
  4. 　前記風力予測部は、前記移動体の周囲の環境情報にさらに基づいて、所定時間後の前記移動体に加わる風力を予測する、請求項１に記載の制御装置。
  5. 　前記風力予測部は、異なる位置に設けられた複数の前記外部風速計にて測定された前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する、請求項１に記載の制御装置。
  6. 　前記風力予測部は、前記移動体を風下とする前記外部風速計にて測定された前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する、請求項５に記載の制御装置。
  7. 　前記風力予測部は、前記移動体から所定の距離内に存在する前記外部風速計にて測定された前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する、請求項５に記載の制御装置。
  8. 　前記外部風速計は、前記移動体と異なる他の移動体に設けられる、請求項１に記載の制御装置。
  9. 　前記他の移動体は、前記移動体が風下方向に存在するように制御される、請求項８に記載の制御装置。
  10. 　前記外部風速計が設けられた前記他の移動体は、複数であり、
    　前記他の移動体は、前記移動体を挟んで互いに反対側にそれぞれ位置するように制御される、請求項８に記載の制御装置。
  11. 　前記他の移動体は、前記移動体の風上方向、及び風下方向にそれぞれ位置するように制御される、請求項１０に記載の制御装置。
  12. 　前記移動体は、回転翼によって飛行する飛行体である、請求項１に記載の制御装置。
  13. 　前記移動体は、撮像装置を備える、請求項１に記載の制御装置。
  14. 　少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信することと、
    　演算装置によって、受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測することと、
    　予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御することと、
    を含む、制御方法。
  15. 　コンピュータを、
    　少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信する受信部と、
    　受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する風力予測部と、
    　予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御する制御部と、
    として機能させる、プログラム。
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