WO2021002094A1 - 飛行体、制御方法及びプログラム - Google Patents

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WO2021002094A1
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wind
landing
planner
speed
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康一 早川
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ソニー株式会社
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    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2201/00—UAVs characterised by their flight controls

Definitions

  • This disclosure relates to air vehicles, control methods and programs.
  • UAVs Unmanned Aerial Vehicles
  • drones unmanned autonomous vehicles
  • various control methods for drones have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • the attitude of a drone at the time of landing tends to be unstable due to the influence of the wind. Therefore, it is desirable to control the drone so that it can land in a stable attitude even when it is affected by the wind.
  • the present disclosure has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an air vehicle, a control method, and a program capable of controlling landing in a stable attitude even when affected by wind. It is one of.
  • the present disclosure is, for example, It is an air vehicle that has a control unit that sets the horizontal ground speed based on wind information including information on wind direction and speed.
  • the present disclosure is, for example, This is a control method in an air vehicle in which a control unit sets a horizontal ground speed based on wind information including information on wind direction and speed.
  • the present disclosure is, for example, A program in which a control unit causes a computer to execute a control method in an air vehicle that sets a horizontal ground speed based on wind information including information on wind direction and speed.
  • FIG. 1 is a diagram that is referred to when explaining a problem to be considered in the embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram referred to when explaining a problem to be considered in the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram referred to when explaining the outline of the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram referred to when explaining the outline of the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram referred to when explaining the outline of the embodiment.
  • 6A to 6C are diagrams referred to when explaining an example of a method for estimating wind information.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of the drone according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a flow of processing performed by the drone according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a flow of processing performed by the drone according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of the drone according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a flow of processing performed by the drone according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a flow of processing performed by the drone according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of the drone according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a flow of processing performed by the drone according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing how the drone 1 lands.
  • a wind is blowing from the left side to the right side toward the drawing with respect to the drone 1.
  • the horizontal ground speed of the drone 1 at the time of landing becomes 0 or a value close to 0.
  • a method of flying the drone 1 in the direction opposite to the wind at the same speed as the wind can be considered in order to make the horizontal ground speed near the ground surface 0.
  • the posture of the drone 1 is tilted to the windward side (states indicated by reference numerals A1 and A2 in FIG. 1).
  • the drone 1 is lowered vertically (states indicated by reference numerals A5 and A6 in FIG. 2), and the aircraft is leveled with the drone 1 approaching the ground surface (reference symbols in FIG. 2).
  • the state (state indicated by A7) control can be considered.
  • the attitude of the drone 1 changes significantly near the surface of the earth, the attitude of the drone 1 tends to become unstable.
  • the drone 1 is swept by the wind as the attitude of the drone 1 changes, the drone 1 has a horizontal ground speed, so that the landing may become unstable. Based on the above points, in the embodiment of the present disclosure, control is performed for the drone 1 to land stably.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an outline of the embodiment.
  • Drone 1 shall land at the landing point LP shown in FIG.
  • the landing point LP may be a position of coordinates set in advance, or may be a position of coordinates instructed by an appropriate device on the ground (hereinafter, appropriately referred to as a ground station).
  • a transition point PA is set at an appropriate position in space as shown in FIG.
  • the transition point PA is a point located above the landing point LP and is a point at which the drone starts the landing operation.
  • the drone 1 located at a position on a certain space (above the transition point PA) decides to land. For example, the drone 1 decides to land in response to an instruction by remote control, completion of a given task, a decrease in the remaining battery capacity, a sensor failure of the drone 1, a communication failure, or the like. ..
  • drone 1 When landing is decided, drone 1 acquires wind information.
  • the wind information includes information on the wind that affects the flight of the drone, and includes information on the wind direction and speed. Such wind information may be acquired by a sensor included in the drone 1, or may be transmitted from the ground station to the drone 1.
  • Drone 1 determines the landing approach sequence and the ground contact sequence.
  • the landing approach sequence is a control for the drone 1 performed from its current position (PB in FIG. 3) to the transition point PA.
  • PB in FIG. 3 As a specific example of the landing approach sequence, it is information indicating the time-series position of the drone 1 from the current position PB to the transition point PA and the speed of the drone 1 at each position.
  • the horizontal ground speed at the time of landing is substantially 0. Approximately 0 means that the horizontal ground speed is 0 or close to 0 to the extent that the drone 1 can land safely.
  • the drone 1 is controlled in advance to give the drone 1 a horizontal ground speed such that the horizontal ground speed of the drone 1 at the landing point LP becomes substantially 0.
  • the rotation speeds of a plurality of motors of the drone are controlled so as to reach the set horizontal ground speed.
  • the movement locus of the drone 1 from the current position PB to the transition point PA and the horizontal ground speed at each position are calculated so that a predetermined horizontal ground speed is given at the transition point PA, and the operation of the drone 1 is calculated based on the calculation result. Is properly controlled.
  • the grounding sequence is the control for the drone 1 performed from the transition point PA to the landing point LP.
  • the drone 1 detects that it has passed the transition point PA, the drone 1 is controlled by the grounding sequence, which indicates, for example, the time-series positions to landing and the vertical velocity of each position. Information.
  • the ground contact sequence defines the control for leveling the posture of the drone 1 or the horizontal ground speed at each position. Controlled based on the grounding sequence, the drone 1 descends towards the landing point LP, as shown in FIG. Since the horizontal ground speed at the time of landing becomes substantially 0 when the drone 1's aircraft is horizontal, it is possible to prevent the drone 1's aircraft from tilting, and the drone 1 can land in a stable posture.
  • transition altitude H which is the height from the landing point LP to the transition point PA
  • the coordinates of the landing point LP are expressed as (x, y, 0)
  • the coordinates of the transition point PA are expressed as (x', y', H) (see FIG. 4).
  • the landing descent speed is set at a speed equal to or less than the descent speed at which safe landing is possible. If the landing descent speed is set to 0 or very close to 0, it may not be possible to touch the ground if the positive error is large, so the landing descent speed is set to a certain speed within the safe landing range.
  • the landing descent speed may be set according to the specifications of the aircraft.
  • the transition altitude may be set as a rough guideline (for example, several times the diameter of the airframe) according to the size of the airframe. In that case, the altitude set as the transition altitude H may be applied. As an example, the transition altitude H is calculated by appropriately adjusting the descent velocity v zH at the time of transition and the time t t .
  • the horizontal ground speed is 0 when the contact time of the drone 1 is t t. If solved under the condition of, the horizontal ground speed of drone 1 at the transition point PA Can be sought.
  • K 1 and K 2 are first-order and second-order constants of the wind pressure applied to the drone 1, respectively.
  • K 1 and K 2 can be obtained in advance by experiments or simulations. If only the component parallel to the wind is taken from the velocity of the drone 1, the equation shown in the following equation 4 can be obtained.
  • the horizontal ground speed is set by the control unit of the drone according to each embodiment.
  • the horizontal coordinates (x', y') of the transition point PA are determined by integrating the horizontal ground speed and the like. Then, the coordinates (x', y', H) of the transition point PA are determined together with the transition altitude H determined as described above.
  • the wind information is acquired by the drone 1 (multicopter).
  • the drone 1 is kept horizontal and the airspeed of the drone 1 is set to 0.
  • Ground speed of the aircraft at that time Is a wind vector This value is set as wind information because it is equal to.
  • the speedometer mounted on the drone 1 or the airspeed estimated from the attitude of the aircraft From the ground speed of the aircraft By vector subtraction, the wind vector (See FIG. 6B).
  • the estimation result is set as wind information.
  • the drone 1 flies on the course that returns to the atmospheric start point (see Fig. 6C), and estimates the difference between the airspeeds of the start point and the end point, or the wind direction and speed. .. This can cancel the uncertainty of the estimated airspeed.
  • wind information may be estimated based on the change in the position of SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) performed by the drone 1 and the attitude and motor output of the drone 1. Further, wind information may be estimated based on the difference between the GPS (Global Positioning System) position of the drone 1 and the attitude and motor output of the drone 1. Wind information may be estimated or measured by an external device such as a ground station or another drone. Then, the measured wind information may be transmitted from the ground station to the drone 1 and acquired by the wind information acquisition unit. Further, the wind information may be input by the user by the UI (User Interface), and the input wind information may be transmitted to the drone 1.
  • SLAM Simultaneous Localization and Mapping
  • FIG. 7 is a block diagram showing an internal configuration example of the drone (hereinafter, appropriately referred to as drone 1A) according to the first embodiment.
  • the drone 1A has, for example, a control unit 101, an airframe control unit 102, a sensor unit 103, an airframe information acquisition unit 104, a wind information acquisition unit 105, and a communication unit 106.
  • the control unit 101 has a flight state management unit 101A, a flight planner 101B, a landing planner 101C, and an attitude planner 101D as functional blocks.
  • the control unit 101 comprehensively controls the drone 1A.
  • the flight state management unit 101A comprehensively manages the flight state of the drone 1A, and switches between the control by the flight planner 101B and the control by the landing planner 101C according to the flight state.
  • the flight planner 101B generates a flight course plan for the drone 1A.
  • the flight course plan is information that defines the time-series position where the drone 1A flies and the speed at that position.
  • the flight course plan may be preset, or may be generated by the flight planner 101B according to a task or the like given to the drone 1A.
  • the flight planner 101B outputs the flight course plan to the attitude planner 101D.
  • the landing planner 101C generates an approach course plan and a ground contact course plan.
  • the approach course plan is information that defines the time-series position from the current position of the drone 1A to the transition point PA and the speed at that position.
  • the ground contact course plan according to the present embodiment is information that defines the attitude from the transition point PA to the landing point LP, the time-series position, and the vertical speed at the position.
  • the landing planner 101C outputs the approach course plan and the ground contact course plan to the attitude planner 101D.
  • the attitude planner 101D generates aircraft control information according to the flight course plan given by the flight planner 101B, the approach course plan given by the landing planner 101C, and the ground contact course plan.
  • the attitude planner 101D generates aircraft control information of the drone 1A such that the position specified in the flight course plan and the speed at the position (specifically, the ground speed in the vertical and horizontal directions).
  • the attitude planner 101D determines the aircraft control information including the attitude, the acceleration in the vertical direction, and the like in consideration of the position and speed deviation of the aircraft according to the flight course plan, for example.
  • the attitude planner 101D generates the aircraft control information of the drone 1A such that the position specified in the approach course plan and the speed at the position (specifically, the ground speed up, down, left and right). Further, the attitude planner 101D generates aircraft control information of the drone 1A such that the position specified in the ground contact course plan, the speed in the vertical direction at the position, and the attitude are obtained. The attitude planner 101D outputs the aircraft control information to the aircraft control unit 102. The attitude planner 101D controls the attitude of the drone 1A so as to realize the attitude given by the grounding course plan without correcting the horizontal position and the horizontal speed of the aircraft of the drone 1A according to the grounding course plan, for example. Generate aircraft control information.
  • the aircraft control unit 102 performs control according to the aircraft control information supplied from the attitude planner 101D.
  • the aircraft control unit 102 controls, for example, the rotation speed of the motor of the drone 1A so that the drone 1A has a posture and a speed corresponding to the aircraft control information.
  • the sensor unit 103 is a general term for a plurality of sensors that acquire the aircraft information of the drone 1A (for example, the current position, speed, attitude, etc. of the drone 1A).
  • Examples of the sensor constituting the sensor unit 103 include a GPS, SLAM, an acceleration sensor, a gyro sensor, a barometric pressure sensor, and the like.
  • the aircraft information acquisition unit 104 appropriately converts the sensing data input from the sensor unit 103 from analog data to digital data. Then, the aircraft information acquisition unit 104 outputs the sensing data converted into digital data to the control unit 101.
  • the wind information acquisition unit 105 acquires wind information and outputs the acquired wind information to the control unit 101. Since a specific example of the wind information estimation method has already been described, duplicate explanations will be omitted.
  • the communication unit 106 is for the drone 1A to communicate with other devices.
  • the communication unit 106 has a modulation / demodulation circuit or the like according to the communication method.
  • the communication unit 106 communicates with, for example, the ground station GS. Through such communication, for example, the wind information transmitted from the ground station GS is received by the communication unit 106.
  • the communication unit 106 outputs the received wind information to the control unit 101.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the flow of processing performed by the drone 1A according to the first embodiment.
  • step ST101 the flight condition management unit 101A decides to land.
  • the flight state management unit 101A lands in response to an instruction by the remote control, completion of a given task, a decrease in the remaining battery capacity, a sensor failure of the drone 1, a communication failure, or the like. Decide that.
  • the drone 1A is flying based on the flight course plan by the flight planner 101B before step ST101. Then, the process proceeds to step ST102.
  • step ST102 the flight state management unit 101A switches the planner from the flight planner 101B to the landing planner 101C. Further, the flight state management unit 101A gives the coordinates of the landing point LP to the landing planner 101C. Then, the process proceeds to step ST103.
  • the landing planner 101C acquires wind information.
  • the wind information may be estimated by the drone 1A or may be transmitted from the ground station GS.
  • the landing planner 101C generates a ground contact course plan from the acquired wind information.
  • the landing planner 101C sets the horizontal ground speed of the drone 1A based on the acquired wind information, and determines the position of the transition point PA based on the horizontal ground speed.
  • the specific method for setting the horizontal ground speed is as described above.
  • a ground contact course plan including the attitude at the transition point PA (horizontal in this example), the time-series position from the transition point PA to the landing point LP, and the vertical acceleration at the position is generated. Then, the process proceeds to step ST104.
  • step ST104 the landing planner 101C plans an approach course from the current position to the transition point PA so that the position of the transition point PA and the speed of the drone 1A at the transition point PA become the horizontal ground speed determined in step ST103. To generate. Then, the process proceeds to step ST105.
  • step ST105 the landing planner 101C gives the attitude planner 101D an approach course plan. Then, the process proceeds to step ST106.
  • step ST106 the attitude planner 101D generates aircraft control information based on the approach course plan up to the transition point PA.
  • the aircraft control unit 102 By operating the aircraft control unit 102 based on the generated aircraft control information, the drone 1A moves to the position specified in the approach course plan. Further, by operating the airframe control unit 102 based on the generated airframe control information, the motor of the drone 1A rotates so as to have the speed specified in the approach course plan. Then, the process proceeds to step ST107.
  • step ST107 it is determined that the aircraft altitude has reached the altitude of the transition point PA. For example, based on the sensing data input from the sensor unit 103, the flight state management unit 101A determines that the aircraft altitude of the drone 1A has reached the altitude of the transition point PA. The flight condition management unit 101A notifies the landing planner 101C that the aircraft altitude of the drone 1A has reached the altitude of the transition point PA. Upon receiving the notification, the landing planner 101C gives the attitude planner 101D the ground contact course plan generated in step ST103. Then, the process proceeds to step ST108.
  • step ST108 the attitude planner 101D generates aircraft control information based on the ground contact course plan.
  • the ground contact course plan in this example is information on leveling the posture and information on acceleration in the vertical direction. Therefore, the attitude planner 101D that has received the ground contact course plan generates the aircraft control information for keeping the attitude of the drone 1A horizontal after passing the transition point PA, and the aircraft control information including the speed in the vertical direction. Then, the attitude planner 101D outputs the generated aircraft control information to the aircraft control unit 102. By operating the aircraft control unit 102 based on the aircraft control information, the drone 1A descends at a predetermined speed while keeping the attitude of the drone 1A horizontal. Then, the process proceeds to step ST109.
  • step ST109 when the landing planner 101C confirms the landing of the drone 1A, the attitude planner 101D is instructed to idle the propeller of the drone 1A.
  • the attitude planner 101D generates aircraft control information based on such instructions.
  • the attitude planner 101D outputs the generated aircraft control information to the aircraft control unit 102.
  • the propeller of the drone 1A becomes idle.
  • the idle state means a state in which the propeller of the drone 1A is rotated at a rotation speed of a predetermined value or less (a rotation speed at which the aircraft of the drone 1A does not rise).
  • the propeller of the drone 1A is idle, the user can recognize that the drone 1A is not broken.
  • the propeller of the drone 1A may be stopped without being idle.
  • the horizontal ground speed is given to the drone 1A in advance at the transition point PA so that the horizontal ground speed at the time of landing becomes 0 or substantially 0. Further, after the transition point PA, the attitude of the drone 1A is controlled horizontally. Therefore, the drone 1A can be landed stably.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of the drone (hereinafter, appropriately referred to as drone 1B) according to the second embodiment.
  • the difference in configuration of the drone 1B from the drone 1A is that the drone 1B does not have the wind information acquisition unit 105, and the control unit 101 has the wind measurement planner 101E.
  • the wind measurement planner 101E generates a course plan for acquiring wind information.
  • the wind measurement planner 101E outputs the generated course plan to the attitude planner 101D.
  • the attitude planner 101D generates aircraft control information for the drone 1B to move along the course plan supplied from the wind measurement planner 101E and for the speed of the drone 1B to be the speed according to the course plan.
  • the attitude planner 101D outputs the generated aircraft control information to the aircraft control unit 102.
  • the aircraft control unit 102 operates based on the aircraft control information, the course plan generated by the wind measurement planner 101E is realized.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the flow of processing performed by the drone 1B.
  • the flight state management unit 101A determines the landing as in the first embodiment. Then, the process proceeds to step ST201.
  • step ST201 the flight state management unit 101A switches the planner from the flight planner 101B to the wind measurement planner 101E. Then, the process proceeds to step ST202.
  • step ST202 the wind measurement planner 101E generates a course plan for measuring the wind and acquiring the wind information.
  • the course plan for acquiring wind information is, for example, information in which the time-series position of the drone 1B, the posture and speed at the position are defined. Then, the process proceeds to step ST203.
  • step ST203 the wind measurement planner 101E sends the course plan generated by itself to the attitude planner 101D. Then, the process proceeds to step ST204.
  • step ST204 the attitude planner 101D generates the aircraft control information that realizes the course plan planned by the wind measurement planner 101E, specifically, the flight position and the attitude and speed at the flight position. Then, the attitude planner 101D sends the aircraft control information to the aircraft control unit 102. The drone 1B flies when the aircraft control unit 102 operates based on the aircraft control information. Then, the process proceeds to step ST205.
  • step ST205 the wind measurement planner 101E estimates the wind information by applying a known method, for example, based on the deviation between the course plan for acquiring the wind information and the actual position of the drone 1B.
  • step ST205 the processes related to steps ST102 to ST109 are performed. Since the contents of the processes related to steps ST102 to ST109 have already been described, duplicate description will be omitted.
  • the drone 1B can autonomously generate a course plan for acquiring wind information, and can acquire wind information according to the course plan.
  • drone 1C As the configuration of the drone (hereinafter, appropriately referred to as drone 1C) according to the third embodiment, the same configuration as the drone 1A described in the first embodiment can be applied.
  • the attitude (horizontal) after the transition point PA is given as the ground contact course plan, but in the third embodiment, the horizontal ground speed from the transition point PA to the landing point LP as the ground contact course plan. Is given, which is different from the first embodiment.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the flow of processing performed by the drone 1C. Since the contents of the processes related to steps ST101 to ST104 have already been explained, duplicate explanations are appropriately omitted.
  • the grounding course plan generated in step ST103 defines the horizontal ground speed at the transition point PA and the horizontal ground speed at each position from the transition point PA to the landing point LP.
  • step ST301 following step ST104, the landing planner 101C integrates the ground contact course plan and the approach course plan. Then, the process proceeds to step ST301.
  • step ST302 the landing planner 101C gives the attitude planner 101D an integrated course plan. Then, the process proceeds to step ST303.
  • step ST303 the attitude planner 101D generates aircraft control information that realizes the course plan given to itself by the landing planner 101C. Then, the attitude planner 101D outputs the generated aircraft control information to the aircraft control unit 102.
  • the aircraft control unit 102 operates in response to the aircraft control information, the drone 1C becomes a position according to the course plan integrated by the landing planner 101C, a posture at the position, and a horizontal ground speed. Then, the process proceeds to step ST109. Since the content of step ST109 has already been described, duplicate description is omitted.
  • the drone 1C can be landed in a stable posture by giving the drone 1C a horizontal ground speed from the transition point PA to the landing point LP.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of the drone (hereinafter, appropriately referred to as drone 1D) according to the fourth embodiment.
  • Drone 1D differs from drone 1A in that it has a go-around planner 101F.
  • the go-around planner 101F is a planner that stops landing and raises the drone 1D to a safe altitude when the attitude and horizontal ground speed at the time of landing of the drone 1D are not within the permissible range.
  • FIG. 13 is a flowchart showing the flow of processing performed by the drone 1D. Since the processing related to steps ST101 to ST104 and the contents of the processing in steps ST301 to ST303 have already been described, duplicate description will be omitted. Following the process in step ST303, the process proceeds to step ST401.
  • step ST401 it is determined whether or not the drone 1D aircraft exceeds the transition point PA, specifically, whether or not the altitude of the drone 1D aircraft is below the transition point PA. Such determination is made by, for example, the flight state management unit 101A based on the sensing data acquired by the sensor unit 103. If the drone 1D aircraft does not exceed the transition point PA, the process returns to step ST303. If the drone 1D aircraft does not exceed the transition point PA, the process proceeds to step ST402.
  • step ST402 it is determined whether or not the drone 1D has touched down. Such determination is made by, for example, the flight state management unit 101A based on the sensing data acquired by the sensor unit 103. If it is determined by the flight state management unit 101A that the drone 1D has touched down, the process proceeds to step ST403.
  • the flight condition management unit 101A notifies the landing planner 101C that the drone 1D aircraft has touched down.
  • the landing planner 101C instructs the attitude planner 101D to idle the propeller of the drone 1A.
  • the attitude planner 101D generates aircraft control information based on such instructions.
  • the attitude planner 101D outputs the generated aircraft control information to the aircraft control unit 102.
  • the propeller of the drone 1A becomes idle.
  • the idle state means a state in which the propeller of the drone 1A is rotated at a rotation speed of a predetermined value or less (a rotation speed at which the aircraft of the drone 1A does not rise).
  • step ST402 If it is determined in the determination process of step ST402 that the drone 1D is not grounded, the process proceeds to step ST404.
  • step ST404 it is determined whether or not the inclination of the drone 1D and the horizontal ground speed are within the permissible range. Such determination is made by, for example, the flight state management unit 101A based on the sensing data acquired by the sensor unit 103. Specifically, the flight state management unit 101A determines whether or not the inclination of the aircraft is equal to or less than the threshold value, and if the inclination of the aircraft is equal to or less than the threshold value, determines that the inclination of the aircraft is within the allowable range.
  • the flight state management unit 101A determines whether or not the deviation between the current horizontal ground speed and the horizontal ground speed specified in the course plan is less than or equal to the threshold value, and if the deviation is less than or equal to the threshold value, the current horizontal ground speed. Judge that the ground speed is within the allowable range.
  • step ST303 If it is determined that the tilt of the drone 1D and the horizontal ground speed are within the permissible range, the process returns to step ST303. If it is determined that the tilt of the drone 1D and the horizontal ground speed are not within the permissible range, the process proceeds to step ST405.
  • step ST405 the flight state management unit 101A switches the planner from the landing planner 101C to the go-around planner 101F.
  • the go-around planner 101F controls to stop the landing because the inclination of the drone 1D and the horizontal ground speed are not within the permissible range.
  • the go-around planner 101F generates a course plan that raises the drone 1D to a safe altitude.
  • the go-around planner 101F outputs the generated course plan to the attitude planner 101D. Then, the process proceeds to step ST406.
  • step ST406 the attitude planner 101D generates the aircraft control information for realizing the course plan given by the go-around planner 101F. Then, the attitude planner 101D outputs the generated aircraft control information to the aircraft control unit 102.
  • the aircraft control unit 102 controls the rotation speed of the motor and the like according to the aircraft control information, so that the drone 1D rises to a safe altitude. Then, the process proceeds to step ST407.
  • step ST407 the drone 1D that has risen to a safe altitude is in a standby state.
  • the flight state management unit 101A of the drone 1D controls, for example, to restart the landing sequence for landing the drone 1D (for example, the processes of steps ST101 to ST104 and the processes of steps ST301 and ST302 described above).
  • the drone 1D may wait to wait for an instruction from the user.
  • the inclination of the drone 1D and the horizontal ground speed are within the permissible range, but either one may be used, and the other parameters are within the permissible range. It may be judged whether or not.
  • the drone 1D can be raised to a safe altitude when the inclination of the aircraft and the horizontal ground speed are different from the plan. Therefore, it is possible to prevent the drone 1D from failing to land due to the drone 1D performing the landing operation in an inappropriate posture or the like.
  • the control unit has a plurality of planners
  • the present invention is not limited to this.
  • the flight planner and the landing planner may be composed of one functional block.
  • a known control method for a drone can be applied to the drone in each of the above-described embodiments.
  • This disclosure can also be realized by devices, methods, programs, systems, etc.
  • a program that performs the functions described in the above-described embodiment can be downloaded, and a device that does not have the functions described in the above-described embodiment downloads and installs the program to perform the control described in the embodiment in the device. It becomes possible to do.
  • the present disclosure can also be realized by a server that distributes such a program. Further, the present disclosure can also be realized as a tool for easily creating the flight plan described in the embodiment.
  • the items described in each embodiment and modification can be combined as appropriate.
  • the present disclosure may also adopt the following configuration.
  • An air vehicle having a control unit that sets the horizontal ground speed based on wind information including information on wind direction and speed.
  • the air vehicle according to (1) wherein the wind information includes information on a wind that affects the flight of the air vehicle.
  • the air vehicle has multiple motors and The flying object according to (1) or (2), wherein the control unit controls the rotation speeds of the plurality of motors so as to have a set horizontal ground speed.
  • the flying object according to any one of (1) to (4), wherein the control unit controls so as to have the set horizontal ground speed at a point located above the landing point.
  • the control unit controls to raise the aircraft from the point where the landing operation is started to the landing point when at least one of the inclination of the aircraft and the horizontal ground speed exceeds the permissible range (7). Described airframe.
  • 1A-1D ... Drone, 101 ... Control unit, 101A ... Flight status management unit, 101B ... Flight planner, Landing planner ... 101C, Attitude planner ... 101D, 102 ... Aircraft Control unit, 103 ... sensor unit, 105 ... wind information acquisition unit, 106 ... communication unit

Landscapes

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Abstract

風向及び風速に関する情報を含む風情報に基づいて、水平対地速度を設定する制御部を有する飛行体である。

Description

飛行体、制御方法及びプログラム
　本開示は、飛行体、制御方法及びプログラムに関する。
　近年、ＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicle）やドローンと称される無人の自律飛行体（以下、ドローンと適宜、称する）が各種の撮影や観測、災害救助等の様々な場面で使用されている。これに伴って、ドローンに関する各種の制御方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照のこと。）。
特開２０１８－５２３４１号公報
　一般に、ドローンは着陸時における姿勢が、風の影響を受けることにより不安定になりやすい。従って、風の影響を受けた場合であってもドローンが安定した姿勢で着陸できるような制御が望まれる。
　本開示は、上述した点に鑑みてなされたものであり、風の影響を受けた場合であっても安定した姿勢で着陸する制御が行われる飛行体、制御方法及びプログラムを提供することを目的の一つとする。
　本開示は、例えば、
　風向及び風速に関する情報を含む風情報に基づいて、水平対地速度を設定する制御部を有する
　飛行体である。
　本開示は、例えば、
　制御部が、風向及び風速に関する情報を含む風情報に基づいて、水平対地速度を設定する
　飛行体における制御方法である。
　本開示は、例えば、
　制御部が、風向及び風速に関する情報を含む風情報に基づいて、水平対地速度を設定する
　飛行体における制御方法をコンピュータに実行させるプログラムである。
図１は、実施形態において考慮すべき問題を説明する際に参照される図である。 図２は、実施形態において考慮すべき問題を説明する際に参照される図である。 図３は、実施形態の概要を説明する際に参照される図である。 図４は、実施形態の概要を説明する際に参照される図である。 図５は、実施形態の概要を説明する際に参照される図である。 図６Ａ～図６Ｃは、風情報の推定方法の例を説明する際に参照される図である。 図７は、第１の実施形態にかかるドローンの構成例を示すブロック図である。 図８は、第１の実施形態にかかるドローンで行われる処理の流れを示すフローチャートである。 図９は、第２の実施形態にかかるドローンの構成例を示すブロック図である。 図１０は、第２の実施形態にかかるドローンで行われる処理の流れを示すフローチャートである。 図１１は、第３の実施形態にかかるドローンで行われる処理の流れを示すフローチャートである。 図１２は、第４の実施形態にかかるドローンの構成例を示すブロック図である。 図１３は、第４の実施形態にかかるドローンで行われる処理の流れを示すフローチャートである。
　以下、本開示の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
＜実施形態において考慮すべき問題＞
＜実施形態の概要＞
＜第１の実施形態＞
＜第２の実施形態＞
＜第３の実施形態＞
＜第４の実施形態＞
＜変形例＞
　以下に説明する実施形態等は本開示の好適な具体例であり、本開示の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
＜実施形態において考慮すべき問題＞
　始めに、本開示の理解を容易とするために、図１及び図２を参照して、実施形態において考慮すべき問題について説明がなされる。
　図１は、ドローン１が着陸する様子を模式的に示した図である。図１に示す例では、ドローン１に対して図面に向かって左側から右側に向かう風が吹いている。ドローン１が安定して着陸するためには、着陸時におけるドローン１の水平対地速度が０若しくは０に近い値になることが望まれる。ドローン１を垂直に降下させる場合、地表付近における水平対地速度を０にするために、風とは反対方向に風と同じ速度でドローン１を飛行させる手法が考えられる。かかる制御が行われるとドローン１の姿勢が、風上側に傾いてしまう（図１における参照符号Ａ１、Ａ２で示す状態）。そして、地表に接近した際に、ドローン１の機体における地面に近い側が大きな地面効果を受け、回転モーメントが発生する（図１における参照符号Ａ３で示す状態）。回転モーメントの発生によりドローン１の姿勢制御が困難となる。また、ドローン１が傾いたまま着陸するため、着陸時にドローン１が転倒してしまう虞がある（図１における参照符号Ａ４で示す状態）。
　そこで、図２に示すようにドローン１を垂直に降下させ（図２における参照符号Ａ５，Ａ６で示す状態）、ドローン１が地表付近に近づいた状態で機体を水平にする（図２における参照符号Ａ７で示す状態）制御が考えられる。しかしながら、地表付近でドローン１の姿勢が大きく変化すると、ドローン１の姿勢が不安定になりやすい。また、ドローン１の姿勢の変化に伴ってドローン１が風に流されることにより、ドローン１が水平対地速度を持つため着陸が不安定になる虞がある。以上の点を踏まえ、本開示の実施形態では、ドローン１を安定して着陸させるための制御がなされる。
＜実施形態の概要＞
　次に、本開示の実施形態の概要についての説明がなされる。なお、本説明では、各実施形態に共通する事項についての説明もなされる。
［実施形態の概要］
　図３は、実施形態の概要を説明するための図である。ドローン１は、図３に示す着陸点ＬＰに着陸するものとする。着陸点ＬＰは、予め設定された座標の位置でも良いし、地上の適宜な機器（以下、地上局と適宜、称する）から指示された座標の位置でも良い。空間上の適宜な位置には、図３に示すように遷移点ＰＡが設定される。遷移点ＰＡは、着陸点ＬＰの上方に位置する点であり、ドローンが着陸動作を開始する点である。ある空間上（遷移点ＰＡより上方）の位置に存在するドローン１は、着陸することを決定する。例えば、ドローン１は、リモートコントロールによる指示、与えられたタスクの完了、電池の残容量の低下、ドローン１が有するセンサの故障、通信障害の発生等に応じて、自身が着陸することを決定する。
　着陸が決定されると、ドローン１は、風情報を取得する。風情報は、ドローンの飛行に影響を与える風に関する情報を含み、風向及び風速に関する情報を含む。かかる風情報は、ドローン１が有するセンサによって取得されても良いし、地上局からドローン１に送信されても良い。
　ドローン１は、着陸進入シーケンス及び接地シーケンスを決定する。着陸進入シーケンスは、自身の現在位置（図３におけるＰＢ）から遷移点ＰＡまでに行われるドローン１に対する制御である。着陸進入シーケンスの具体例としては、現在位置ＰＢから遷移点ＰＡまでのドローン１の時系列な位置及び各位置でのドローン１の速度を示す情報である。ここで、ドローン１が安定して着陸するためには、着陸時における水平対地速度が略０であることが望まれる。略０とは、水平対地速度が０又はドローン１が安全に着陸できる程度に０に近いことを意味する。そこで、着陸進入シーケンスでは、遷移点ＰＡにおいて、着陸点ＬＰでのドローン１の水平対地速度が略０となるような水平対地速度をドローン１に予め与える制御がなされる。具体的には、設定された水平対地速度となるように、ドローンが有する複数のモータの回転数が制御される。遷移点ＰＡにおいて所定の水平対地速度が与えられるように、現在位置ＰＢから遷移点ＰＡまでのドローン１の移動軌跡や各位置での水平対地速度が演算され、演算結果に基づいてドローン１の動作が適切に制御される。
　接地シーケンスは、遷移点ＰＡから着陸点ＬＰまでに行われるドローン１に対する制御である。遷移点ＰＡを通過したことがドローン１により検出されると、ドローン１は、接地シーケンスにより制御される、接地シーケンスは、例えば、着陸までの時系列の位置と各位置の上下方向の速度を示す情報である。なお、接地シーケンスには、ドローン１の姿勢を水平にする制御又は各位置での水平対地速度が規定される。接地シーケンスに基づいて制御されることにより、図３に示すように、ドローン１は着陸点ＬＰに向かって下降する。ドローン１の機体が水平にされた状態で着陸時の水平対地速度が略０になるため、ドローン１の機体が傾いてしまうことを抑制でき、ドローン１が安定した姿勢で着陸することができる。
［各実施形態に共通する事項］
（遷移高度について）
　次に、各実施形態に共通する事項についての説明がなされる。始めに、着陸点ＬＰから遷移点ＰＡまでの高さである遷移高度Ｈについての説明がなされる。なお、着陸点ＬＰの座標が（ｘ，ｙ，０）と表記され、遷移点ＰＡの座標が（ｘ',ｙ',Ｈ）と表記される（図４参照）。
　遷移高度Ｈ、ドローン１の降下速度ｖz（ｔ）、遷移点からの時刻ｔ、着陸までにかかる時間をｔt、遷移点ＰＡにおけるドローン１の下向きの速度（以下、遷移時降下速度と適宜、称する）ｖz（０）＝ｖzH、着陸時のドローン１の下向きの速度（以下、着陸時降下速度と適宜、称する）ｖz（ｔt）＝ｖz0とすると（図４参照）、これらの関係は、下記の数式１により示される。
［式１］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　特に、降下速度が一定の率で減少する場合、上記積分は解析的に解け、以下の数式２に示すようになる。
［式２］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　着陸時降下速度は、安全な着陸ができる降下速度以下の速度で設定される。着陸時降下速度を０あるいは０に非常に近くにすると、正の誤差が大きい場合、接地できなくなる可能性があるので、着陸時降下速度は、安全に着陸できる範囲内である程度の速度に設定される。着陸時降下速度は、機体の仕様等に応じて設定されている場合もある。また、遷移高度は、機体の大きさに応じて大凡の目安（例えば、機体の直径の数倍程度）が設定されている場合もある。その場合は、遷移高度Ｈとして設定されている高度が適用されても良い。一例として、遷移時降下速度ｖzH、時間ｔtを適宜、調整して遷移高度Ｈが計算される。
（水平対地速度について）
　次に、水平対地速度についての説明がなされる。ドローン１の質量をＭとし重力加速度をｇとすると、ドローン１のローター推力は（Ｍｇ＋Ｆv）と表すことができる（図５参照）。また、水平方向の風により、風圧の水平方向成分である水平方向の力
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
を受ける。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
は、ドローン１の水平対地速度ベクトルである。また、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
は水平方向の風ベクトルである。
運動方程式から、ドローン１の水平対地速度ベクトル
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
は、以下の微分方程式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
　上述した式を、ドローン１の接地時刻ｔtのときに水平対地速度が０
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
の条件の下で解けば、遷移点ＰＡにおけるドローン１の水平対地速度
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009
を求めることができる。
　上記方程式は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010
が明確でなければならないが、下記の数式３により近似することができる。
［式３］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011
　Ｋ1，Ｋ2は、それぞれドローン１にかかる風圧の一次、二次定数である。Ｋ1，Ｋ2は、実験又はシミュレーション等により予め求めることができる。ドローン１の速度のうち、風と平行な成分のみをとると下記の数式４に示される方程式が得られる。
［式４］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012
　上記数式４を数値的に解く、あるいは、Ｋ2＝０と近似して解析的に解けば遷移点ＰＡで必要なドローン１の水平対地速度である
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013
を求めることができる。
　かかる水平対地速度は、各実施形態にかかるドローンが有する制御部により設定される。なお、ドローン１の水平対地速度が決定されると、水平対地速度を積分等することにより、遷移点ＰＡの水平方向の座標（ｘ',ｙ'）が決定される。そして、上述したようにして決定された遷移高度Ｈとあわせて、遷移点ＰＡの座標（ｘ',ｙ',Ｈ）が決定される。
（風情報の推定方法）
　次に、風情報の推定方法についての説明がなされる。本説明では、ドローン１（マルチコプタ）により風情報が取得される例である。
　風情報を推定する一つの方法として、図６Ａに模式的に示すように、ドローン１を水平に保ちドローン１の対気速度を０にする。そのときの機体の対地速度
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014
が、風ベクトルである
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000015
に等しくなることから、この値が風情報として設定される。
　風情報を推定する他の方法としてドローン１に搭載された速度計、あるいは、機体姿勢より推定した対気速度
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000016
から機体の対地速度
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000017
をベクトル減算することにより、風ベクトル
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000018
を推定する（図６Ｂ参照）。推定結果が、風情報として設定される。
　対地速度の推定の不確定性が大きい場合には、大気的に始点までに戻るコースをドローン１が飛行し（図６Ｃ参照）、始点と終点の対気速度の差か風向及び風速を推定する。これにより対気速度の推定値の不確定性をキャンセルすることができる。
　上述した方法以外にも、ドローン１で行われるＳＬＡＭ(Simultaneous Localization and Mapping)の位置の変化、及び、ドローン１の姿勢やモータ出力に基づいて風情報が推定されても良い。また、ドローン１のＧＰＳ（Global Positioning System）位置と、ドローン１の姿勢やモータ出力との差分に基づいて風情報が推定されても良い。風情報は、外部機器である地上局や他のドローンで推定や測定されても良い。そして、測定された風情報が地上局からドローン１に対して送信され、風情報取得部により取得されるようにしても良い。また、ＵＩ(User Interface)によって風情報がユーザによって入力され、入力された風情報がドローン１に送信されるようにしても良い。
＜第１の実施形態＞
［ドローンの内部構成例］
　図７は、第１の実施形態にかかるドローン（以下、ドローン１Ａと適宜、称する）の内部構成例を示すブロック図である。ドローン１Ａは、例えば、制御部１０１と、機体制御部１０２と、センサ部１０３と、機体情報取得部１０４と、風情報取得部１０５と、通信部１０６とを有している。制御部１０１は、機能ブロックとして、飛行状態管理部１０１Ａと、飛行プランナ１０１Ｂと、着陸プランナ１０１Ｃと、姿勢プランナ１０１Ｄとを有している。
　制御部１０１は、ドローン１Ａを統括的に制御する。飛行状態管理部１０１Ａは、ドローン１Ａの飛行状態を統括的に管理し、飛行状態に応じて飛行プランナ１０１Ｂによる制御及び着陸プランナ１０１Ｃによる制御を切り替える。飛行プランナ１０１Ｂは、ドローン１Ａの飛行コースプランを生成する。飛行コースプランは、ドローン１Ａが飛行する時系列の位置及び当該位置における速度が規定された情報である。飛行コースプランは、予め設定されている場合もあれば、ドローン１Ａに与えられたタスク等に応じて飛行プランナ１０１Ｂにより生成される場合もある。飛行プランナ１０１Ｂは、飛行コースプランを姿勢プランナ１０１Ｄに出力する。
　着陸プランナ１０１Ｃは、進入コースプラン及び接地コースプランを生成する。進入コースプランは、ドローン１Ａの現在位置から遷移点ＰＡまでの時系列の位置及び当該位置での速度が規定された情報である。また、本実施形態にかかる接地コースプランは、遷移点ＰＡから着陸点ＬＰまでの姿勢、時系列の位置及び当該位置における上下方向の速度が規定された情報である。着陸プランナ１０１Ｃは、進入コースプラン及び接地コースプランを姿勢プランナ１０１Ｄに出力する。
　姿勢プランナ１０１Ｄは、飛行プランナ１０１Ｂから与えられる飛行コースプラン、着陸プランナ１０１Ｃから与えられる進入コースプラン及び接地コースプランに応じた機体制御情報を生成する。姿勢プランナ１０１Ｄは、例えば、飛行コースプランに規定された位置及び当該位置での速度（具体的には、上下左右の対地速度）となるようなドローン１Ａの機体制御情報を生成する。姿勢プランナ１０１Ｄは、例えば、飛行コースプランに従って、機体の位置や速度のずれも考慮して姿勢や上下方向の加速度等を含む機体制御情報を決定する。
　また、姿勢プランナ１０１Ｄは、例えば、進入コースプランに規定された位置及び当該位置での速度（具体的には、上下左右の対地速度）となるようなドローン１Ａの機体制御情報を生成する。また、姿勢プランナ１０１Ｄは、例えば、接地コースプランに規定された位置、当該位置での上下方向の速度、姿勢となるようなドローン１Ａの機体制御情報を生成する。姿勢プランナ１０１Ｄは、機体制御情報を機体制御部１０２に出力する。なお、姿勢プランナ１０１Ｄは、例えば、接地コースプランに従って、ドローン１Ａの機体の水平位置や水平速度を補正せずに、当該接地コースプランから与えられる姿勢を実現するようにドローン１Ａの姿勢を制御する機体制御情報を生成する。
　機体制御部１０２は、姿勢プランナ１０１Ｄから供給される機体制御情報に応じた制御を行う。機体制御部１０２は、例えば、ドローン１Ａが機体制御情報に応じた姿勢や速度となるように、ドローン１Ａが有するモータの回転数を制御する。
　センサ部１０３は、ドローン１Ａの機体情報（例えば、ドローン１Ａの現在位置、速度、姿勢等）を取得する複数のセンサを総称したものである。センサ部１０３を構成するセンサとしては、ＧＰＳ、ＳＬＡＭ、加速度センサ、ジャイロセンサ、気圧センサ等が挙げられる。
　機体情報取得部１０４は、センサ部１０３から入力されたセンシングデータを、適宜、アナログデータからデジタルデータに変換する。そして、機体情報取得部１０４は、デジタルデータに変換したセンシングデータを制御部１０１に対して出力する。
　風情報取得部１０５は、風情報を取得し、取得した風情報を制御部１０１に出力する。風情報の推定方法の具体例は既に説明しているため、重複した説明を省略する。
　通信部１０６は、ドローン１Ａが他の機器と通信を行うためのものである。通信部１０６は、通信方式に応じた変復調回路等を有している。通信部１０６は、例えば、地上局ＧＳと通信を行う。かかる通信により、例えば、地上局ＧＳから送信された風情報が通信部１０６により受信される。通信部１０６は、受信した風情報を制御部１０１に出力する。
［処理の流れ］
　図８は、第１の実施形態にかかるドローン１Ａで行われる処理の流れを示すフローチャートである。
　ステップＳＴ１０１では、飛行状態管理部１０１Ａが着陸を決定する。上述したように、リモートコントロールによる指示、与えられたタスクの完了、電池の残容量の低下、ドローン１が有するセンサの故障、通信障害の発生等に応じて、飛行状態管理部１０１Ａは、着陸することを決定する。なお、図示はしていないが、ステップＳＴ１０１以前には、飛行プランナ１０１Ｂによる飛行コースプランに基づいてドローン１Ａが飛行している。そして、処理がステップＳＴ１０２に進む。
　ステップＳＴ１０２では、飛行状態管理部１０１Ａが、飛行プランナ１０１Ｂから着陸プランナ１０１Ｃにプランナを切り替える。また、飛行状態管理部１０１Ａは、着陸プランナ１０１Ｃに対して着陸点ＬＰの座標を与える。そして、処理がステップＳＴ１０３に進む。
　ステップＳＴ１０３では、着陸プランナ１０１Ｃが風情報を取得する。風情報はドローン１Ａによって推定されても良いし、地上局ＧＳから送信されたものでも良い。そして、着陸プランナ１０１Ｃは、取得した風情報から接地コースプランを生成する。具体的には、着陸プランナ１０１Ｃは、取得した風情報に基づいて、ドローン１Ａの水平対地速度を設定し、水平対地速度に基づいて遷移点ＰＡの位置を決定する。水平対地速度の具体的な設定方法は、上述した通りである。また、遷移点ＰＡにおける姿勢（本例では水平）及び遷移点ＰＡから着陸点ＬＰまでの時系列の位置及び当該位置での上下方向の加速度等を含む接地コースプランを生成する。そして、処理がステップＳＴ１０４に進む。
　ステップＳＴ１０４では、着陸プランナ１０１Ｃが、遷移点ＰＡの位置及び遷移点ＰＡにおけるドローン１Ａの速度がステップＳＴ１０３で決定された水平対地速度となるように、現在の位置から遷移点ＰＡまでの進入コースプランを生成する。そして、処理がステップＳＴ１０５に進む。
　ステップＳＴ１０５では、着陸プランナ１０１Ｃが姿勢プランナ１０１Ｄに進入コースプランを与える。そして、処理がステップＳＴ１０６に進む。
　ステップＳＴ１０６では、姿勢プランナ１０１Ｄが、遷移点ＰＡ前までは進入コースプランに基づく機体制御情報を生成する。生成された機体制御情報に基づいて機体制御部１０２が動作することで、進入コースプランに規定された位置にドローン１Ａが移動する。また、生成された機体制御情報に基づいて機体制御部１０２が動作することで、進入コースプランに規定された速度となるようにドローン１Ａのモータが回転する。そして、処理がステップＳＴ１０７に進む。
　ステップＳＴ１０７では、機体高度が遷移点ＰＡの高度になったことが判別される。例えば、センサ部１０３から入力されたセンシングデータに基づいて、飛行状態管理部１０１Ａがドローン１Ａの機体高度が遷移点ＰＡの高度になったことを判別する。飛行状態管理部１０１Ａは、ドローン１Ａの機体高度が遷移点ＰＡの高度になったことを着陸プランナ１０１Ｃに通知する。通知を受けた着陸プランナ１０１Ｃは、姿勢プランナ１０１Ｄに対してステップＳＴ１０３で生成した接地コースプランを与える。そして、処理がステップＳＴ１０８に進む。
　ステップＳＴ１０８では、姿勢プランナ１０１Ｄが、接地コースプランに基づく機体制御情報を生成する。本例における接地コースプランは、姿勢を水平にする情報と、上下方向の加速度に関する情報である。従って、接地コースプランを受け取った姿勢プランナ１０１Ｄは、遷移点ＰＡの通過後はドローン１Ａの姿勢を水平に保つための機体制御情報、及び、上下方向の速度を含む機体制御情報を生成する。そして、姿勢プランナ１０１Ｄは、生成した機体制御情報を機体制御部１０２に出力する。機体制御部１０２が機体制御情報に基づいて動作することにより、ドローン１Ａの姿勢が水平に保たれつつ、ドローン１Ａが予め規定された速度で下降する。そして、処理がステップＳＴ１０９に進む。
　ステップＳＴ１０９では、着陸プランナ１０１Ｃがドローン１Ａの着陸を確認したら姿勢プランナ１０１Ｄにドローン１Ａのプロペラをアイドル状態にするように指示する。かかる指示に基づく機体制御情報を姿勢プランナ１０１Ｄが生成する。姿勢プランナ１０１Ｄは、生成した機体制御情報を機体制御部１０２に出力する。機体制御部１０２が機体制御情報に基づいて動作することにより、ドローン１Ａのプロペラがアイドル状態となる。アイドル状態とは、所定以下の回転数（ドローン１Ａの機体が上昇しない程度の回転数）でドローン１Ａのプロペラを回転させる状態を意味する。ドローン１Ａのプロペラがアイドル状態となることにより、ユーザは、ドローン１Ａが壊れてしないことを認識することができる。なお、ドローン１Ａのプロペラがアイドル状態とされずに停止されても良い。
　以上説明した第１の実施形態によれば、着陸時における水平対地速度が０又は略０となるように、遷移点ＰＡにおいて予め水平対地速度がドローン１Ａに与えられる。また、遷移点ＰＡ以降は、ドローン１Ａの姿勢が水平に制御される。従って、ドローン１Ａを安定して着陸させることができる。
＜第２の実施形態＞
　次に、第２の実施形態についての説明がなされる。なお、第２の実施形態の説明において、上述した説明における同一又は同質の構成については同一の参照符号を付し、重複した説明は適宜、省略される。また、特に断らない限り、第１の実施形態で説明した事項は第２の実施形態に対して適用することができる。
　図９は、第２の実施形態にかかるドローン（以下、ドローン１Ｂと適宜、称する）の構成例を示すブロック図である。ドローン１Ｂがドローン１Ａと構成上異なる点は、ドローン１Ｂは、風情報取得部１０５を有さず、また、制御部１０１が風測定プランナ１０１Ｅを有している点である。
　風測定プランナ１０１Ｅは、風情報を取得するためのコースプランを生成する。風測定プランナ１０１Ｅは、生成したコースプランを姿勢プランナ１０１Ｄに出力する。姿勢プランナ１０１Ｄは、風測定プランナ１０１Ｅから供給されたコースプランに沿ってドローン１Ｂが移動したり、ドローン１Ｂの速度がコースプランに沿った速度となるための機体制御情報を生成する。姿勢プランナ１０１Ｄは、生成した機体制御情報を機体制御部１０２に出力する。機体制御部１０２が機体制御情報に基づいて動作することにより、風測定プランナ１０１Ｅにより生成されたコースプランが実現される。
　図１０は、ドローン１Ｂで行われる処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳＴ１０１では、第１の実施形態と同様に、飛行状態管理部１０１Ａが着陸を決定する。そして、処理がステップＳＴ２０１に進む。
　ステップＳＴ２０１では、飛行状態管理部１０１Ａが、プランナを飛行プランナ１０１Ｂから風測定プランナ１０１Ｅにプランナを切り替える。そして、処理がステップＳＴ２０２に進む。
　ステップＳＴ２０２では、風測定プランナ１０１Ｅが風を測定し風情報を取得するためのコースプランを生成する。風情報を取得するためのコースプランは、例えば、ドローン１Ｂの時系列の位置、当該位置での姿勢や速度が規定された情報である。そして、処理がステップＳＴ２０３に進む。
　ステップＳＴ２０３では、風測定プランナ１０１Ｅが、自身が生成したコースプランを姿勢プランナ１０１Ｄに送る。そして、処理がステップＳＴ２０４に進む。
　ステップＳＴ２０４では、姿勢プランナ１０１Ｄが、風測定プランナ１０１Ｅが計画したコースプラン、具体的には、飛行位置や当該飛行位置での姿勢や速度を実現するような機体制御情報を生成する。そして、姿勢プランナ１０１Ｄが、機体制御情報を機体制御部１０２に送る。機体制御部１０２が機体制御情報に基づいて動作することによりドローン１Ｂが飛行する。そして、処理がステップＳＴ２０５に進む。
　ステップＳＴ２０５では、風測定プランナ１０１Ｅが、例えば、風情報を取得するためのコースプランと実際のドローン１Ｂの位置とのずれに基づいて、公知の方法を適用することにより風情報を推定する。
　ステップＳＴ２０５の処理に続いて、ステップＳＴ１０２～ＳＴ１０９にかかる処理が行われる。なお、ステップＳＴ１０２～ＳＴ１０９にかかる処理の内容は既に説明しているため、重複した説明は省略する。
　以上説明した第２の実施形態によれば、ドローン１Ｂが自律的に風情報を取得するためのコースプランを生成し、コースプランに従って風情報を取得することが可能となる。
＜第３の実施形態＞
　次に、第３の実施形態についての説明がなされる。なお、第３の実施形態の説明において、上述した説明における同一又は同質の構成については同一の参照符号を付し、重複した説明は適宜、省略される。また、特に断らない限り、第１、第２の実施形態で説明した事項は第２の実施形態に対して適用することができる。
　第３の実施形態にかかるドローン（以下、ドローン１Ｃと適宜、称する）の構成としては、第１の実施形態で説明したドローン１Ａと同様の構成を適用することができる。第１の実施形態では、接地コースプランとして遷移点ＰＡ以降の姿勢（水平）が与えられていたが、第３の実施形態では、接地コースプランとして遷移点ＰＡから着陸点ＬＰまでの水平対地速度が与えられる点が第１の実施形態と異なる。
　図１１は、ドローン１Ｃで行われる処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳＴ１０１～ＳＴ１０４にかかる処理の内容は既に説明しているため、重複した説明は適省略される。なお、本実施形態では、ステップＳＴ１０３で生成される接地コースプランには、遷移点ＰＡにおける水平対地速度及び遷移点ＰＡから着陸点ＬＰまでの各位置における水平対地速度が規定される。
　ステップＳＴ１０４に続くステップＳＴ３０１では、着陸プランナ１０１Ｃが、接地コースプランと進入コースプランとを統合する。そして、処理がステップＳＴ３０１に進む。
　ステップＳＴ３０２では、着陸プランナ１０１Ｃが姿勢プランナ１０１Ｄに対して、統合したコースプランを与える。そして、処理がステップＳＴ３０３に進む。
　ステップＳＴ３０３では、姿勢プランナ１０１Ｄが、着陸プランナ１０１Ｃから自身に与えられたコースプランを実現する機体制御情報を生成する。そして、姿勢プランナ１０１Ｄは、生成した機体制御情報を機体制御部１０２に出力する。機体制御部１０２が機体制御情報に応じて動作することにより、ドローン１Ｃは、着陸プランナ１０１Ｃにより統合されたコースプランに従った位置や当該位置における姿勢、水平対地速度になる。そして、処理がステップＳＴ１０９に進む。ステップＳＴ１０９の内容については既に説明しているため重複した説明は省略される。
　以上、第３の実施形態によれば、ドローン１Ｃに遷移点ＰＡから着陸点ＬＰまでの水平対地速度を与えることにより、ドローン１Ｃを安定した姿勢で着陸させることができる。
＜第４の実施形態＞
　次に、第４の実施形態についての説明がなされる。なお、第４の実施形態の説明において、上述した説明における同一又は同質の構成については同一の参照符号を付し、重複した説明は適宜、省略される。また、特に断らない限り、第１～第３の実施形態で説明した事項は第４の実施形態に対して適用することができる。
　図１２は、第４の実施形態にかかるドローン（以下、ドローン１Ｄと適宜、称する）の構成例を示すブロック図である。ドローン１Ｄは、着陸復行プランナ１０１Ｆを有する点がドローン１Ａと異なっている。着陸復行プランナ１０１Ｆは、ドローン１Ｄの着陸時における姿勢や水平対地速度が許容範囲内でない場合は、着陸を中止して安全な高度までドローン１Ｄを上昇させるプランナである。
　図１３は、ドローン１Ｄで行われる処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳＴ１０１～ステップＳＴ１０４にかかる処理及びステップＳＴ３０１～ＳＴ３０３に処理の内容については、既に説明しているため重複した説明は省略される。ステップＳＴ３０３の処理に続いて、処理がステップＳＴ４０１に進む。
　ステップＳＴ４０１では、ドローン１Ｄの機体が遷移点ＰＡを超えたか否か、具体的には、ドローン１Ｄの機体の高度が遷移点ＰＡ以下となったか否かが判断される。かかる判断は、例えば、センサ部１０３により取得されたセンシングデータに基づいて、飛行状態管理部１０１Ａにより行われる。ドローン１Ｄの機体が遷移点ＰＡを超えていない場合には、処理がステップＳＴ３０３に戻る。ドローン１Ｄの機体が遷移点ＰＡを超えたていない場合には、処理がステップＳＴ４０２に進む。
　ステップＳＴ４０２では、ドローン１Ｄが接地したか否かが判断される。かかる判断は、例えば、センサ部１０３により取得されたセンシングデータに基づいて、飛行状態管理部１０１Ａにより行われる。飛行状態管理部１０１Ａによりドローン１Ｄが接地したと判断された場合には、処理がステップＳＴ４０３に進む。
　ステップＳＴ４０３では、飛行状態管理部１０１Ａが、ドローン１Ｄの機体が接地したことを着陸プランナ１０１Ｃに通知する。通知を受けた着陸プランナ１０１Ｃは、姿勢プランナ１０１Ｄにドローン１Ａのプロペラをアイドル状態にするように指示する。かかる指示に基づく機体制御情報を姿勢プランナ１０１Ｄが生成する。姿勢プランナ１０１Ｄは、生成した機体制御情報を機体制御部１０２に出力する。機体制御部１０２が機体制御情報に基づいて動作することにより、ドローン１Ａのプロペラがアイドル状態となる。上述したように、アイドル状態とは、所定以下の回転数（ドローン１Ａの機体が上昇しない程度の回転数）でドローン１Ａのプロペラを回転させる状態を意味する。
　ステップＳＴ４０２の判断処理において、ドローン１Ｄが接地していないと判断された場合には、処理がステップＳＴ４０４に進む。
　ステップＳＴ４０４では、ドローン１Ｄの機体の傾きや水平対地速度が許容範囲内であるか否かが判断される。かかる判断は、例えば、センサ部１０３により取得されたセンシングデータに基づいて、飛行状態管理部１０１Ａにより行われる。具体的には、飛行状態管理部１０１Ａは、機体の傾きが閾値以下であるか否かを判断し、機体の傾きが閾値以下であれば、機体の傾きが許容範囲内と判断する。また、飛行状態管理部１０１Ａは、現在の水平対地速度とコースプランに規定された水平対地速度とのずれが閾値以下であるか否かを判断し、ずれが閾値以下であれば、現在の水平対地速度が許容範囲内と判断する。
　ドローン１Ｄの機体の傾きや水平対地速度が許容範囲内であると判断された場合には、処理がステップＳＴ３０３に戻る。ドローン１Ｄの機体の傾きや水平対地速度が許容範囲内でないと判断された場合には、処理がステップＳＴ４０５に進む。
　ステップＳＴ４０５では、飛行状態管理部１０１Ａが、着陸プランナ１０１Ｃから着陸復行プランナ１０１Ｆにプランナを切り替える。着陸復行プランナ１０１Ｆは、ドローン１Ｄの機体の傾きや水平対地速度が許容範囲内でないことから着陸を中止する制御を行う。具体的には、着陸復行プランナ１０１Ｆは、ドローン１Ｄを安全な高度まで上昇させるコースプランを生成する。着陸復行プランナ１０１Ｆは、生成したコースプランを姿勢プランナ１０１Ｄに出力する。そして、処理がステップＳＴ４０６に進む。
　ステップＳＴ４０６では、姿勢プランナ１０１Ｄが、着陸復行プランナ１０１Ｆから与えられたコースプランを実現するための機体制御情報を生成する。そして、姿勢プランナ１０１Ｄは、生成した機体制御情報を機体制御部１０２に出力する。機体制御部１０２が、機体制御情報に応じてモータの回転数等を制御することにより、ドローン１Ｄが安全な高度まで上昇する。そして、処理がステップＳＴ４０７に進む。
　ステップＳＴ４０７では、安全な高度まで上昇したドローン１Ｄが待機状態となる。ドローン１Ｄの飛行状態管理部１０１Ａは、例えば、再度、ドローン１Ｄを着陸させるための着陸シーケンス（例えば、上述したステップＳＴ１０１～ＳＴ１０４の処理及びステップＳＴ３０１、ＳＴ３０２の処理）を再開する制御を行う。ドローン１Ｄは、ユーザからの指示を待つように待機しても良い。
　なお、本実施形態では、ドローン１Ｄの機体の傾き及び水平対地速度が許容範囲内であるか否かが判断されるようにしたが、何れか一方でも良いし、その他のパラメータが許容範囲内で否かが判断されるようにしても良い。
　以上説明した第４の実施形態によれば、機体の傾きや水平対地速度がプランと異なる場合にドローン１Ｄを安全な高度まで上昇させることができる。従って、不適切な姿勢等でドローン１Ｄが着陸動作を行うことによりドローン１Ｄの着陸が失敗してしまうことを防止することができる。
＜変形例＞
　以上、本開示の実施形態について具体的に説明したが、本開示の内容は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。以下、変形例について説明する。
　上述した各実施形態では、説明の便宜を考慮して、制御部が複数のプランナを有する構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、飛行プランナと着陸プランナとが一つの機能ブロックにより構成されても良い。
　上述した各実施形態におけるドローンに対しては、公知のドローンに対する制御方法を適用することができる。
　本開示は、装置、方法、プログラム、システム等により実現することもできる。例えば、上述した実施形態で説明した機能を行うプログラムをダウンロード可能とし、実施形態で説明した機能を有しない装置が当該プログラムをダウンロードしてインストールすることにより、当該装置において実施形態で説明した制御を行うことが可能となる。本開示は、このようなプログラムを配布するサーバにより実現することも可能である。また、本開示は、実施形態で説明したフライトプランを容易に作成するツールとして実現することも可能である。また、各実施形態、変形例で説明した事項は、適宜組み合わせることが可能である。
　本明細書中に記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であっても良い。また、例示された効果により本開示の内容が限定して解釈されるものではない。
　本開示は、以下の構成も採ることができる。
（１）
　風向及び風速に関する情報を含む風情報に基づいて、水平対地速度を設定する制御部を有する
　飛行体。
（２）
　前記風情報は、前記飛行体の飛行に影響を与える風に関する情報を含む
　（１）に記載の飛行体。
（３）
　前記飛行体は複数のモータを備え、
　前記制御部は、設定された水平対地速度となるように前記複数のモータの回転数を制御する
　（１）又は（２）に記載の飛行体。
（４）
　前記制御部が設定した水平対地速度は、着陸点で略０となる
　（１）から（３）までの何れかに記載の飛行体。
（５）
　前記制御部は、前記着陸点の上方に位置する点で前記設定された水平対地速度となるように制御する
　（１）から（４）までの何れかに記載の飛行体。
（６）
　前記制御部は、前記着陸点の上方に位置する点で姿勢が略水平となるように制御する
　（５）に記載の飛行体。
（７）
　前記着陸点の上方に位置する点は、着陸動作を開始する点である
　（５）又は（６）に記載の飛行体。
（８）
　前記制御部は、前記着陸動作を開始する点から前記着陸点までの間に、機体の傾き及び水平対地速度の少なくとも一方が許容範囲を超える場合に、機体を上昇させる制御を行う
　（７）に記載の飛行体。
（９）
　前記着陸点の上方に位置する点は、少なくとも前記水平対地速度に基づいて決定される
　（５）から（８）までの何れかに記載の飛行体。
（１０）
　前記風情報を取得する風情報取得部を有する
　（１）から（９）までの何れかに記載の飛行体。
（１１）
　前記飛行体はセンサ部を備え
　前記風情報取得部は、前記センサ部により取得されたセンシングデータとモータ出力との差分に基づいて前記風情報を算出して取得する
　（１０）に記載の飛行体。
（１２）
　前記風情報取得部は、前記風情報を外部機器から取得する
　（１０）に記載の飛行体。
（１３）
　制御部が、風向及び風速に関する情報を含む風情報に基づいて、水平対地速度を設定する
　飛行体における制御方法。
（１４）
　制御部が、風向及び風速に関する情報を含む風情報に基づいて、水平対地速度を設定する
　飛行体における制御方法をコンピュータに実行させるプログラム。
１Ａ～１Ｄ・・・ドローン、１０１・・・制御部、１０１Ａ・・・飛行状態管理部、１０１Ｂ・・・飛行プランナ、着陸プランナ・・・１０１Ｃ、姿勢プランナ・・・１０１Ｄ、１０２・・・機体制御部、１０３・・・センサ部、１０５・・・風情報取得部、１０６・・・通信部

Claims (14)

  1. 　風向及び風速に関する情報を含む風情報に基づいて、水平対地速度を設定する制御部を有する
    　飛行体。
  2. 　前記風情報は、前記飛行体の飛行に影響を与える風に関する情報を含む
    　請求項１に記載の飛行体。
  3. 　前記飛行体は複数のモータを備え、
    　前記制御部は、設定された水平対地速度となるように前記複数のモータの回転数を制御する
    　請求項１に記載の飛行体。
  4. 　前記制御部が設定した水平対地速度は、着陸点で略０となる
    　請求項１に記載の飛行体。
  5. 　前記制御部は、前記着陸点の上方に位置する点で前記設定された水平対地速度となるように制御する
    　請求項１に記載の飛行体。
  6. 　前記制御部は、前記着陸点の上方に位置する点で姿勢が略水平となるように制御する
    　請求項５に記載の飛行体。
  7. 　前記着陸点の上方に位置する点は、着陸動作を開始する点である
    　請求項５に記載の飛行体。
  8. 　前記制御部は、前記着陸動作を開始する点から前記着陸点までの間に、機体の傾き及び水平対地速度の少なくとも一方が許容範囲を超える場合に、機体を上昇させる制御を行う
    　請求項７に記載の飛行体。
  9. 　前記着陸点の上方に位置する点は、少なくとも前記水平対地速度に基づいて決定される
    　請求項５に記載の飛行体。
  10. 　前記風情報を取得する風情報取得部を有する
    　請求項１に記載の飛行体。
  11. 　前記飛行体はセンサ部を備え
    　前記風情報取得部は、前記センサ部により取得されたセンシングデータとモータ出力との差分に基づいて前記風情報を算出して取得する
    　請求項１０に記載の飛行体。
  12. 　前記風情報取得部は、前記風情報を外部機器から取得する
    　請求項１０に記載の飛行体。
  13. 　制御部が、風向及び風速に関する情報を含む風情報に基づいて、水平対地速度を設定する
    　飛行体における制御方法。
  14. 　制御部が、風向及び風速に関する情報を含む風情報に基づいて、水平対地速度を設定する
    　飛行体における制御方法をコンピュータに実行させるプログラム。
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