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WO2019009229A1 - 飛行制御装置およびこれを備える無人航空機 - Google Patents

飛行制御装置およびこれを備える無人航空機 Download PDF

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WO2019009229A1
WO2019009229A1 PCT/JP2018/025008 JP2018025008W WO2019009229A1 WO 2019009229 A1 WO2019009229 A1 WO 2019009229A1 JP 2018025008 W JP2018025008 W JP 2018025008W WO 2019009229 A1 WO2019009229 A1 WO 2019009229A1
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WO
WIPO (PCT)
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flight
control unit
flight control
control device
receiver
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2018/025008
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English (en)
French (fr)
Inventor
和雄 市原
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Prodrone Co Ltd
Original Assignee
Prodrone Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Prodrone Co Ltd filed Critical Prodrone Co Ltd
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C13/00—Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
    • B64C13/02—Initiating means
    • B64C13/16—Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors
    • B64C13/18—Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors using automatic pilot
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C13/00—Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
    • B64C13/02—Initiating means
    • B64C13/16—Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors
    • B64C13/20—Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors using radiated signals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
    • B64U10/16—Flying platforms with five or more distinct rotor axes, e.g. octocopters
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography

Definitions

  • the present invention relates to unmanned aerial vehicle technology.
  • Patent Document 1 discloses a flight control device provided with a sub-control device capable of interrupting the processing of a main control device that controls the flight operation of an unmanned aerial vehicle.
  • a small unmanned aerial vehicle represented by a multicopter is provided with a control device called a flight controller that controls the flight operation of the airframe.
  • a flight controller that controls the flight operation of the airframe.
  • Some flight controller products distributed in the market have an autopilot function.
  • the autopilot function is a function to make the aircraft fly autonomously along a flight plan created by the pilot.
  • a typical autopilot flight plan can specify the take-off and landing points of the airframe, the latitude and longitude of the flight route, the altitude in flight, the speed, the azimuth angle of the nose, and the like.
  • some flight controllers specialized for aerial photography can specify start / end of shooting by a camera, PTZ operation, and the like.
  • these autopilot functions are merely executing a combination of general-purpose operations.
  • For autopilot flight planning it is not possible to use sensors that are not peripheral devices of the flight controller (e.g. separately mounted side-directed laser ranging sensors etc). Also, it is not possible to dynamically change the flight operation to be performed according to the situation at the time of flight (except for the fail safe function). That is, with the conventional autopilot function, it is difficult to make flight operation flexible and accurate for unusual special applications.
  • the function can only be expanded within the range permitted by the API provided by the manufacturer.
  • the flight controller used may differ depending on the application of the unmanned aerial vehicle and the airframe, and it is inefficient to implement the same extension function in various manners in accordance with the flight controller.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a flight control device capable of efficiently realizing a special autonomous flight operation and an unmanned aerial vehicle provided with the same.
  • the flight control device of the present invention is a signal output from a main control unit mounted on an unmanned aerial vehicle and controlling the flight operation of the unmanned aerial vehicle, and a receiver receiving a steering signal from an operator. And generating a pseudo signal which is a signal of the same type, and a sub control unit capable of inputting the pseudo signal to the main control unit.
  • the sub control unit By providing the sub control unit with the flight control device, for example, using a commercially available flight controller product as the main control unit, and realizing only the flight operation that can not be realized by the auto pilot function possessed by the flight controller using pseudo signals Is possible.
  • the output signal of the receiver is mostly standardized. Therefore, the same pseudo signal can be input as an indication of the same meaning content to various flight controller products.
  • flight controller products to which the receiver can not be connected that is, flight controller products to which pseudo signals can not be input, are considered to be only a very small number of exceptional products, if any.
  • the sub control unit has a storage unit, and a pseudo signal routine that is a generation pattern of the pseudo signal over time is registered in the storage unit.
  • the pilot can easily cause the unmanned aircraft to perform a desired autonomous flight operation by calling the pseudo signal routine at an arbitrary timing. it can.
  • the flight control device of the present invention further includes a flight control sensor group which is a plurality of sensors for detecting the attitude and / or the flight position of the airframe, and the sub control unit uses the detection value of the flight control sensor group. It is preferable that the generation content of the pseudo signal can be dynamically changed on the basis of this.
  • the sub control unit can dynamically change the flight operation instructed to the unmanned aircraft based on the detection values of the flight control sensor group, thereby broadening the range of autonomous flight operation that can be realized by the sub control unit, and The accuracy of the operation can be enhanced.
  • the main control unit and the sub control unit have separate flight control sensor groups.
  • the sub control unit Since the sub control unit has a flight control sensor group separately from the main control unit, the type of flight control sensor group provided on the airframe and the mounting method thereof (internal or external to the main control unit), main control It is possible to avoid that the function of the sub control unit is restricted by the specification of the unit (transferability of sensor detection value, etc.), and it is possible to exhibit the original function of the sub control unit with various machines.
  • the flight control device of the present invention may further include a receiver for receiving a steering signal from a pilot, and the receiver may be connected to the sub control unit.
  • the receiver Since the receiver is connected to the sub-control unit, it is possible to easily switch between the manual operation by the operator and the control of the airframe by the pseudo signal.
  • the signal of the receiver input to the sub control unit may be transferred to the main control unit as it is.
  • the flight control device of the present invention may further include a receiver for receiving a steering signal from a pilot, and the sub control unit may be configured to have macro recording means for recording a signal output from the receiver. .
  • the pseudo signal routine when creating a new pseudo signal routine, can be made efficient by actually operating the aircraft, recording the output signal of the receiver at that time, and creating a pseudo signal routine based on this. Can be created.
  • the unmanned aerial vehicle of this invention is characterized by being equipped with the flight control apparatus of this invention.
  • the pseudo signal routine when creating a new pseudo signal routine, can be made efficient by actually operating the aircraft, recording the output signal of the receiver at that time, and creating a pseudo signal routine based on this. Can be created.
  • the embodiments described below are all examples in which the flight control device of the present invention is mounted on a multicopter which is a small unmanned rotary wing aircraft.
  • the aircraft to which the flight control device of the present invention can be applied is not limited to the multicopter.
  • the flight control device of the present invention is applicable to helicopters, fixed wing aircraft, and even VTOL aircraft (Vertical Take-Off and Landing), provided that it is an unmanned aerial vehicle.
  • VTOL aircraft Very Take-Off and Landing
  • FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a multicopter 1 according to each embodiment including the present embodiment (hereinafter, also referred to as “this example”).
  • the multicopter 1 of this example is a hexacopter in which six rotors 26 are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • the multicopter 1 is provided with a camera 15 for photographing the front d (heading direction) of the airframe.
  • the camera 15 is supported by the posture stabilization device 151. Further, in the posture stabilization device 151, a laser distance measuring sensor 70 is disposed along with the camera 15 to measure the distance to a peripheral object present on the front d of the machine body.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the multicopter 1 of this example.
  • the functions of the multicopter 1 mainly include a flight control device 10a having a main control unit 11 and a sub control unit 12, a rotor 26 which is a plurality of brushless motors, and an ESC 25 (electric speed controller) which is a drive circuit of the rotor 26. It comprises a receiver 14 connected to the control unit 12 and a battery 19 for supplying power thereto.
  • a general flight controller product is used for the main control unit 11 of this example.
  • the main control unit 11 includes a main control device 20 which is a microcontroller.
  • Main controller 20 controls CPU 21 which is a central processing unit, memory 22 which is a storage device such as a RAM and a ROM / flash memory, and PWM (Pulse Width Modulation: Pulse) which controls the number of rotations of each rotor 26 via ESC 25.
  • Width modulation controller 23 is provided.
  • the main control unit 11 further includes a flight control sensor group 30 including an IMU 31 (Inertial Measurement Unit: inertial measurement device), a GPS antenna 32, an atmospheric pressure sensor 33, and a geomagnetic sensor 34. It is connected.
  • IMU 31 Inertial Measurement Unit: inertial measurement device
  • GPS antenna 32 GPS antenna
  • atmospheric pressure sensor 33 atmospheric pressure sensor
  • geomagnetic sensor 34 geomagnetic sensor
  • the IMU 31 mainly includes an acceleration sensor and an angular velocity sensor.
  • the GPS antenna 32 is precisely a receiver of a navigation satellite system (NSS).
  • the GPS antenna 32 acquires current longitude and latitude values and time information from a Global Navigation Satellite System (GNSS) or a Regional Navigational Satellite System (RNSS).
  • the atmospheric pressure sensor 33 is an aspect of the altitude sensor that measures the flight altitude.
  • the geomagnetic sensor 34 is an aspect of an azimuth sensor (electronic compass) that specifies the azimuth angle (heading direction) of the nose.
  • the main control unit 20 can obtain the position information of its own aircraft including the latitude and longitude during flight, the altitude, and the azimuth angle of the nose as well as the tilt and rotation of the aircraft by these flight control sensors 30. It is done.
  • the flight control program 221 adjusts the rotation speed of each rotor 26 based on the information acquired from the flight control sensor group 30, and controls the flight operation of the multicopter 1 while correcting the disturbance of the attitude and position of the airframe.
  • a flight plan 223 which is a parameter such as a flight path, a velocity, and an altitude for causing the multicopter 1 to fly is registered.
  • the flight control program 221 can autonomously fly in accordance with the flight plan 223 with a start instruction from the operator (transmitter 13) and a predetermined time as a start condition.
  • Such an autonomous flight function is called "autopilot" in this example.
  • the multicopter 1 of this example is basically assumed to fly by an autopilot, it is also possible for the pilot to steer one by one manually using the transmitter 13.
  • the main control unit 11 of this example has an advanced flight control function
  • the main control unit of the present invention does not always have to have the same function as the main control unit 11 of this example.
  • the main control unit of the present invention can maintain the attitude of the multicopter 1 horizontally in the air, and some sensors are omitted from the flight control sensor group 30 if the elevator, aileron and yaw operations of the airframe can be performed.
  • the autopilot function may be omitted.
  • the sub control unit 12 includes a sub control device 50 which is a microcontroller.
  • the sub control unit 50 includes a CPU 51 which is a central processing unit, a memory 52 which is a storage unit such as a RAM and a ROM / flash memory, and a laser distance sensor 70 which measures a distance to a peripheral d in front of the multicopter 1. have.
  • a pseudo signal SP which is a signal of the same system as the signal S output from the receiver 14 that receives the steering signal from the driver (transmitter 13) is generated and generated
  • a signal of the same type as the signal S means, for example, PWM, S.I.
  • This signal means a serial bus signal such as BUS (registered trademark of Futaba Electronics Co., Ltd.), and a signal method such as PPM (Pulse Position Modulation) or PCM (Pulse Code Modulation).
  • the flight control device 10a of this example includes the sub control unit 12, for example, a commercially available flight controller product as in this example is used as the main control unit 10, and the auto pilot function of the flight controller is used. It is possible to realize only unrealizable flight operation with the pseudo signal SP.
  • flight controller products to which the receiver can not be connected that is, flight controller products to which pseudo signals can not be input
  • flight controller products to which pseudo signals can not be input are considered to be only a very small number of exceptional products, if any. That is, based on the main control unit which has a track record as a finished product, separately prepare only the difference function with the auto pilot function, and input it to the main control unit by disguising this from the signal from the receiver. This makes it possible to efficiently realize special autonomous flight operations.
  • a pseudo signal routine 522 which is a generation pattern of the pseudo signal SP with time is registered.
  • the operator can call the pseudo signal routine 522 at an arbitrary timing, and can cause the multicopter 1 to perform a desired autonomous flight operation.
  • the pseudo signal routine 522 may be executed as a subprogram of the pseudo signal generation program 521 or may be a set of parameters read into the pseudo signal generation program 521.
  • the sub control unit 12 of this example can acquire the detection value of the flight control sensor group 30 of the main control unit 11 from the main control unit 11.
  • the pseudo signal generation program 521 of the present example can input the main control unit 11 while dynamically changing the pseudo signal SP based on the detection value of the flight control sensor group 30. As a result, the range of the autonomous flight operation that can be realized by the pseudo signal generation program 521 is expanded, and the accuracy of each operation is improved.
  • the receiver 14 of this example is connected to the sub control unit 12. Since the receiver 14 is connected to the sub control unit 12, it is possible to easily switch between the manual operation by the driver (transmitter 13) and the control of the aircraft by the pseudo signal SP. When the pilot performs manual steering, the signal S of the receiver input to the sub control unit 12 may be transferred to the main control unit 11 as it is.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a special autonomous flight operation using the pseudo signal routine 522. As shown in FIG. FIG. 3 is an operation example of photographing the wall surface 90 a of the building 90 at a remote place with the camera 15.
  • the flight control device 10a of the multicopter 1 causes the airframe to autonomously fly up to the vicinity of the building 90 by the autopilot function of the main control unit 11, and makes the nose point toward the wall 90a of the building 90 (arrow line a ).
  • the sub control unit 12 executes a pseudo signal routine 522 indicated by an arrow line b.
  • the pseudo signal routine 522 of this example measures the distance between the camera 90 and the wall surface 90a by measuring the distance between the camera 90 and the wall surface 90a with the laser distance measuring sensor 70, and captures the entire wall surface 90a with the camera 15 It is an operation of. More specifically, starting from the stationary position p of the multicopter 1 (assuming that the stationary position p is a corner at the upper end of the wall 90a), the distance from the wall 90a is made constant while the camera 15 is directed to the wall 90a side. While maintaining it (that is, keeping the detection value of the laser distance measuring sensor 70 constant), the aircraft is level-flyed by the aileron operation.
  • the aircraft is lowered by a predetermined amount, and the aircraft is level-flyed in the opposite direction. By repeating this, the entire wall surface 90a is photographed while scanning the wall surface 90a from the top to the bottom.
  • the pseudo signal routine 522 is a generation pattern of the pseudo signal SP with time.
  • the main control unit 11 recognizes the pseudo signal SP as an output signal from the receiver 14. In other words, it is imagined that the pilot is using the transmitter 13 for manual operation.
  • the main control unit 11 controls the attitude of the multicopter 1, the latitude and longitude, the altitude, and the azimuth angle of the nose, and the control of the rotor 26 necessary for the throttle, elevator, aileron and yaw operations. It will be. Therefore, the pseudo signal routine 522 need not take these into consideration. That is, the pseudo signal SP generated by the pseudo signal generation program 521 based on the pseudo signal routine 522 may be a combination of simple instructions that can be expressed even by a general control terminal such as a so-called propo.
  • the pseudo signal generation program 521 can dynamically change the content of the pseudo signal SP to be generated based on the detection value of the flight control sensor group 30 or the detection value of the laser distance measuring sensor 70. More specifically, as described above, for example, on the basis of the detection value of the laser distance measuring sensor 70, the pseudo signal SP for keeping the distance from the wall surface 90a constant is generated. By structuring (programming by permutation / branching / repetition), for example, it is possible to determine that the sudden change of the laser distance measuring sensor 70 is over the range of the wall surface 90 a and change the operation.
  • the sub control unit 12 After the execution of the pseudo signal routine 522, the sub control unit 12 causes the main control unit 11 to execute an auto pilot operation for returning to the home (arrow line c).
  • the autopilot function of the main control unit 11, which is a general flight controller, can only sequentially execute a combination of general-purpose operations, and can dynamically change the operation according to the situation at the time of flight. Can not. That is, in the conventional autopilot function, it is difficult to realize an autonomous flight operation for an unusual special application.
  • the flight control apparatus 10a of this example includes the sub-control unit 12 in addition to the main control unit 11, so that complex autonomous flight operation according to a specific application can be performed flexibly and accurately. It is assumed.
  • the pseudo signal routine 522 of this example is independent of the auto pilot operation of the main control unit 11, when it is permitted to interrupt the manual pilot (the pseudo signal SP) during the auto pilot by the main control unit 11.
  • the pseudo signal routine 522 of this example is independent of the auto pilot operation of the main control unit 11, when it is permitted to interrupt the manual pilot (the pseudo signal SP) during the auto pilot by the main control unit 11.
  • a combination of setting the flight route and altitude by the autopilot function of the main control unit 11 and controlling only the azimuth angle of the nose in flight by the sub control unit 12 is also conceivable.
  • the sub control part 12 of this example is equipped with the laser ranging sensor 70 as an example of a sensor which is not a peripheral device of the main control part 11, this is not an essential structure.
  • the laser distance measuring sensor 70 may be omitted, or another device may be separately mounted.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of the multicopter 1 according to the second embodiment.
  • the flight control device 10 b of this example has a flight control sensor group 60 separately from the main control unit 11 in the sub control unit 12.
  • the sensors constituting the flight control sensor group 60 are the same as the flight control sensor group 30.
  • the sub control unit 12 Since the sub control unit 12 has the flight control sensor group 60 separately from the main control unit 11, the type of flight control sensor group 30 provided on the airframe and the mounting method thereof (internal or external to the main control unit 11) Attached), it is avoided that the function of the sub control part 12 is restricted by the specification of the main control part 11 (transferability of sensor detection value etc.), and the main function of the sub control part 12 is exhibited with various machines. Is possible.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a functional configuration of the multicopter 1 according to the third embodiment.
  • the flight control apparatus 10c of this example is a macro recording unit that is a macro recording unit that records the signal S output from the receiver 14 in the memory 52 of the sub control unit 12.
  • the program 523 is registered.
  • the pseudo signal routine 522 when creating a new pseudo signal routine 522, by actually operating the airframe and recording the output signal S of the receiver 14 at that time, creating a pseudo signal routine 522 based on this.
  • the pseudo signal routine 522 can be efficiently created.

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Abstract

特殊な自律飛行動作を効率的に実現可能な飛行制御装置およびこれを備える無人航空機を提供する。　無人航空機に搭載される飛行制御装置であって、前記無人航空機の飛行動作を制御する主制御部と、操縦者からの操縦信号を受信する受信器が出力する信号と同方式の信号である疑似信号を生成し、該疑似信号を前記主制御部に入力可能な副制御部と、を備えることを特徴とする飛行制御装置、およびこれを備える無人航空機により解決する。

Description

飛行制御装置およびこれを備える無人航空機
　本発明は、無人航空機技術に関する。
　下記特許文献１には、無人航空機の飛行動作を制御する主制御装置の処理に割り込み可能な副制御装置を備える飛行制御装置が開示されている。
国際公開第２０１７／０２６３３７号
　マルチコプターに代表される小型の無人航空機は、機体の飛行動作を制御するフライトコントローラとよばれる制御装置を備えている。市場に流通するフライトコントローラ製品の中には、オートパイロット機能を備えているものがある。オートパイロット機能とは、操縦者が作成した飛行計画に沿って自律的に機体を飛行させる機能である。一般的なオートパイロットの飛行計画には、機体の離着陸地点や飛行ルートの経緯度、飛行中の高度、速度、機首の方位角などを指定することができる。その他、空撮に特化した一部のフライトコントローラでは、カメラによる撮影の開始・終了、ＰＴＺ操作などを指定可能なものもある。
　しかし、これらのオートパイロット機能は、あくまで汎用的な操作の組み合わせを順次実行しているにすぎない。オートパイロットの飛行計画には、そのフライトコントローラの周辺装置ではないセンサ（例えば別途搭載された側方に向けられたレーザ測距センサなど）を用いることはできない。また、飛行時の状況に応じて実行する飛行動作を動的に変更させることもできない（フェールセーフ機能は除く）。すなわち、従来のオートパイロット機能では、一般的でない特殊な用途のための飛行動作を柔軟かつ正確に行わせることは困難である。
　そして、既存のフライトコントローラ製品のオートパイロット機能を拡張することには多くの障壁がある。例えばそのファームウェアのソースコードが非公開の場合、製造元が提供するＡＰＩで許容されている範囲内でしか機能を拡張することができない。一方、オープンソースの場合には、ソースコードの解析、改修、基本機能を含めてのテスト、および全機能の保守を自らが行う必要があり、膨大な工数が発生する。特に、無人航空機の用途や機体ごとに使用するフライトコントローラが異なる場合もあり、同一の拡張機能をフライトコントローラに合わせて様々な態様で実装することは非効率である。
　上記問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、特殊な自律飛行動作を効率的に実現可能な飛行制御装置およびこれを備える無人航空機を提供することにある。
　上記課題を解決するため、本発明の飛行制御装置は、無人航空機に搭載され、前記無人航空機の飛行動作を制御する主制御部と、操縦者からの操縦信号を受信する受信器が出力する信号と同方式の信号である疑似信号を生成し、該疑似信号を前記主制御部に入力可能な副制御部と、を備えることを特徴とする。
　飛行制御装置が副制御部を備えることにより、例えば、主制御部として市販のフライトコントローラ製品を利用し、そのフライトコンローラが有するオートパイロット機能では実現不能な飛行動作のみを疑似信号で実現することが可能となる。一般に、受信器の出力信号は規格化されたものがほとんどである。そのため、様々なフライトコントローラ製品に対して同一の疑似信号を同じ意味内容の指示として入力することができる。また受信器を接続不能なフライトコントローラ製品、つまり疑似信号を入力不能なフライトコントローラ製品は、もし存在したとしても極めて少数の例外的な製品のみと考えられる。すなわち、既に完成された製品としての実績がある主制御部をベースとして、そのオートパイロット機能との差分機能のみを別途用意し、これを受信器からの信号を装って主制御部に入力することにより、特殊な自律飛行動作を効率的に実現することができる。
　また、前記副制御部は記憶部を有し、前記記憶部には、前記疑似信号の経時的な生成パターンである疑似信号ルーチンが登録されていることが好ましい。
　副制御部の記憶部に疑似信号ルーチンを予め登録しておくことにより、操縦者は、任意のタイミングで疑似信号ルーチンを呼び出すことで、簡便に無人航空機に所望の自律飛行動作を行わせることができる。
　また、本発明の飛行制御装置は、前記機体の姿勢および／または飛行位置を検出する複数のセンサである飛行制御センサ群をさらに備え、前記副制御部は、前記飛行制御センサ群の検出値に基づいて、前記疑似信号の生成内容を動的に変更可能であることが好ましい。
　副制御部が、無人航空機に指示する飛行動作を飛行制御センサ群の検出値に基づいて動的に変更可能であることにより、副制御部で実現可能な自律飛行動作の幅が広がるとともに、各動作の正確性を高めることができる。
　このとき、前記主制御部および前記副制御部は、それぞれ別々の前記飛行制御センサ群を有していることが好ましい。
　副制御部が主制御部とは別に飛行制御センサ群を有していることにより、機体に備えられた飛行制御センサ群の種類やその搭載方法（主制御部に内蔵または外付け）、主制御部の仕様（センサ検出値の転送可否など）により副制御部の機能が制限されることが避けられ、様々な機体で副制御部の本来の機能を発揮することが可能となる。
　また、本発明の飛行制御装置は、操縦者からの操縦信号を受信する受信器をさらに備え、前記受信器は前記副制御部に接続されている構成としてもよい。
　受信器が副制御部に接続されていることにより、操縦者による手動操縦と、疑似信号による機体の制御とを容易に切り替えることが可能となる。なお、操縦者が手動操縦を行うときには、副制御部に入力された受信器の信号をそのまま主制御部に転送すればよい。
　また、本発明の飛行制御装置は、操縦者からの操縦信号を受信する受信器をさらに備え、前記副制御部は、前記受信器が出力する信号を記録するマクロ記録手段を有する構成としてもよい。
　例えば疑似信号ルーチンを新規に作成するときに、実際に機体を操縦してそのときの受信器の出力信号を記録し、これをベースに疑似信号ルーチンを作成することにより、疑似信号ルーチンを効率的に作成することができる。
　また、上記課題を解決するため、本発明の無人航空機は、本発明の飛行制御装置を備えることを特徴とする。
　例えば疑似信号ルーチンを新規に作成するときに、実際に機体を操縦してそのときの受信器の出力信号を記録し、これをベースに疑似信号ルーチンを作成することにより、疑似信号ルーチンを効率的に作成することができる。
　以上のように、本発明の飛行制御装置およびこれを備える無人航空機によれば、特殊な自律飛行動作を効率的に実現することが可能となる。
各実施形態にかかるマルチコプターの外観を示す斜視図である。 第１実施形態のマルチコプターの機能構成を示すブロック図である。 疑似信号ルーチンを使った特殊な自律飛行動作の例を示す模式図である。 第２実施形態にかかるマルチコプターの機能構成を示すブロック図である。 第３実施形態にかかるマルチコプターの機能構成を示すブロック図である。
　以下、本発明の実施形態について説明する。以下に説明する実施形態はいずれも、小型の無人回転翼航空機であるマルチコプターに本発明の飛行制御装置を搭載した例である。なお、本発明の飛行制御装置を適用可能な機体はマルチコプターには限られない。本発明の飛行制御装置は、無人航空機であることを条件として、ヘリコプターや固定翼機、さらにはＶＴＯＬ機（Vertical Take-Off and Landing：垂直離着陸機）にも適用可能である。
［第１実施形態］
（構成概要）
　図１は、本実施形態（以下、「本例」ともいう。）を含む各実施形態にかかるマルチコプター１の外観を示す斜視図である。本例のマルチコプター１は、６基のロータ２６が周方向等間隔に配置されたヘキサコプターである。マルチコプター１は、機体の前方ｄ（ヘディング方向）を撮影するカメラ１５を備えている。カメラ１５は姿勢安定化装置１５１に支持されている。また、姿勢安定化装置１５１には、カメラ１５とともに、機体の前方ｄに存在する周辺物との距離を測定するレーザ測距センサ７０が配置されている。
（機能構成）
　図２は本例のマルチコプター１の機能構成を示すブロック図である。マルチコプター１の機能は、主に、主制御部１１および副制御部１２を有する飛行制御装置１０ａ、複数のブラシレスモータであるロータ２６、ロータ２６の駆動回路であるＥＳＣ２５（Electric Speed Controller）、副制御部１２に接続された受信器１４、および、これらに電力を供給するバッテリー１９により構成されている。なお、本例の主制御部１１には、一般的なフライトコントローラ製品が使用されている。
　主制御部１１は、マイクロコントローラである主制御装置２０を備えている。主制御装置２０は、中央処理装置であるＣＰＵ２１、ＲＡＭやＲＯＭ・フラッシュメモリなどの記憶装置からなるメモリ２２、および、ＥＳＣ２５を介して各ロータ２６の回転数を制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）コントローラ２３を有している。
　主制御部１１はさらに、ＩＭＵ３１（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）、ＧＰＳアンテナ３２、気圧センサ３３、および地磁気センサ３４を含む飛行制御センサ群３０を有しており、これらは主制御装置２０に接続されている。
　ＩＭＵ３１は、主に加速度センサおよび角速度センサにより構成されている。ＧＰＳアンテナ３２は、正確には航法衛星システム（ＮＳＳ：Navigation Satellite System）の受信器である。ＧＰＳアンテナ３２は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ:Global Navigation Satellite System）または地域航法衛星システム（ＲＮＳＳ:Regional Navigational Satellite System）から現在の経緯度値および時刻情報を取得する。気圧センサ３３は飛行高度を測定する高度センサの一態様である。地磁気センサ３４は機首の方位角（ヘディング方向）を特定する方位センサ（電子コンパス）の一態様である。主制御装置２０は、これら飛行制御センサ群３０により、機体の傾きや回転のほか、飛行中の緯度経度、高度、および機首の方位角を含む自機の位置情報を取得することが可能とされている。
　主制御装置２０のメモリ２２には、マルチコプター１の飛行時における姿勢や基本的な飛行動作を制御するプログラムである飛行制御プログラム２２１が登録されている。飛行制御プログラム２２１は、飛行制御センサ群３０から取得した情報を基に個々のロータ２６の回転数を調節し、機体の姿勢や位置の乱れを補正しながらマルチコプター１の飛行動作を制御する。
　また、メモリ２２には、マルチコプター１を飛行させる飛行経路や速度、高度などのパラメータである飛行計画２２３が登録されている。飛行制御プログラム２２１は、操縦者（送信器１３）からの開始指示や所定の時刻を開始条件として、飛行計画２２３に従って自律的に飛行することができる。本例ではこのような自律飛行機能を「オートパイロット」という。本例のマルチコプター１は基本的にオートパイロットで飛行させることを想定しているが、操縦者が送信機１３を使って逐次手動で操縦することも可能である。
　このように、本例の主制御部１１は高度な飛行制御機能を備えているが、本発明の主制御部は、常に本例の主制御部１１と同等の機能を備えている必要はない。本発明の主制御部は、空中におけるマルチコプター１の姿勢を水平に維持可能であり、機体のエレベータ、エルロン、ヨー操作が可能であれば、飛行制御センサ群３０から一部のセンサが省略された構成としてもよく、さらにはオートパイロット機能が省略された構成としてもよい。
　副制御部１２は、マイクロコントローラである副制御装置５０を備えている。副制御装置５０は、中央処理装置であるＣＰＵ５１、ＲＡＭやＲＯＭ・フラッシュメモリなどの記憶部であるメモリ５２、および、マルチコプター１の前方ｄの周辺物との距離を測定するレーザ測距センサ７０を有している。
　そして、副制御装置５０のメモリ５２には、操縦者（送信機１３）からの操縦信号を受信する受信器１４が出力する信号Ｓと同方式の信号である疑似信号ＳＰを生成し、生成した疑似信号ＳＰを疑似信号出力部５３から主制御部１１に入力する疑似信号生成プログラム５２１が登録されている。
　なお、「信号Ｓと同方式の信号」とは、例えばＰＷＭ、Ｓ．ＢＵＳ（双葉電子工業株式会社の登録商標）などのシリアルバス方式の信号、ＰＰＭ（Pulse Position Modulation：パルス位置変調）、ＰＣＭ（pulse code modulation：パルス符号変調）などの信号方式をいう。
　本例の飛行制御装置１０ａは、副制御部１２を備えていることにより、例えば本例のように市販のフライトコントローラ製品を主制御部１０として利用し、そのフライトコンローラが有するオートパイロット機能では実現不能な飛行動作のみを疑似信号ＳＰで実現することが可能とされている。
　受信器の出力信号は規格化されたものがほとんどである。そのため、様々なフライトコントローラ製品（主制御部）に対して同一の疑似信号を同じ意味内容の指示として入力することができる。また受信器を接続不能なフライトコントローラ製品、つまり疑似信号を入力不能なフライトコントローラ製品は、もし存在したとしても極めて少数の例外的な製品のみと考えられる。すなわち、既に完成された製品としての実績がある主制御部をベースとして、そのオートパイロット機能との差分機能のみを別途用意し、これを受信器からの信号を装って主制御部に入力することにより、特殊な自律飛行動作を効率的に実現することが可能とされている。
　また、副制御部１２のメモリ５２には、疑似信号ＳＰの経時的な生成パターンである疑似信号ルーチン５２２が登録されている。副制御部１２に疑似信号ルーチン５２２を予め登録しておくことにより、操縦者は、任意のタイミングで疑似信号ルーチン５２２を呼び出し、マルチコプター１に所望の自律飛行動作を行わせることができる。疑似信号ルーチン５２２は、疑似信号生成プログラム５２１のサブプログラムとして実行されてもよく、または、疑似信号生成プログラム５２１に読み込まれるパラメータの集合であってもよい。
　さらに、本例の副制御部１２は、主制御部１１の飛行制御センサ群３０の検出値を主制御部１１から取得することができる。本例の疑似信号生成プログラム５２１は、飛行制御センサ群３０の検出値に基づいて、疑似信号ＳＰを動的に変更しながら主制御部１１に入力することが可能とされている。これにより、疑似信号生成プログラム５２１で実現可能な自律飛行動作の幅が広げられるとともに、各動作の正確性が高められている。
　また、本例の受信器１４は副制御部１２に接続されている。受信器１４が副制御部１２に接続されていることにより、操縦者（送信機１３）による手動操縦と、疑似信号ＳＰによる機体の制御とを容易に切り替えることができる。なお、操縦者が手動操縦を行うときには、副制御部１２に入力された受信器の信号Ｓをそのまま主制御部１１に転送すればよい。
（疑似信号ルーチンの実行例）
　図３は、疑似信号ルーチン５２２を使った特殊な自律飛行動作の例を示す模式図である。図３は、遠隔地にある建造物９０の壁面９０ａをカメラ１５で撮影する作業例である。
　マルチコプター１の飛行制御装置１０ａは、まず、主制御部１１のオートパイロット機能により建造物９０近傍まで機体を自律飛行させ、建造物９０の壁面９０ａに機首を向けてホバリングさせる（矢印線ａ）。
　そして、副制御部１２は、主制御部１１によるオートパイロットの終了（ここでは機体の静止）を検知すると、矢印線ｂで表される疑似信号ルーチン５２２を実行する。
　本例の疑似信号ルーチン５２２は、レーザ測距センサ７０で壁面９０ａとの距離を測定することにより、カメラ１５と壁面９０ａとの距離を一定に保ちつつ、壁面９０ａの全体をカメラ１５で撮影するという動作である。より具体的には、マルチコプター１の静止位置ｐを起点として（静止位置ｐは壁面９０ａ上端の隅と仮定する）、カメラ１５を壁面９０ａ側に向けたまま、壁面９０ａとの距離を一定に保ちつつ（つまりレーザ測距センサ７０の検出値を一定に保ちつつ）、エルロン操作により機体を水平飛行させる。その後、レーザ測距センサ７０の検出値の突発的な変化により壁面９０ａを通り過ぎたことを検知したときは、機体を所定量降下させ、先ほどとは逆方向に機体を水平飛行させる。これを繰り返すことで壁面９０ａを上から下に走査しながら壁面９０ａ全体の撮影を行う。
　上でも述べたように、疑似信号ルーチン５２２とは疑似信号ＳＰの経時的な生成パターンである。主制御部１１は、疑似信号ＳＰを受信器１４からの出力信号として認識する。つまり、操縦者が送信機１３を使って手動操縦しているものと錯覚する。
　ここで、マルチコプター１の姿勢維持や、経緯度、高度、機首の方位角の維持、および、スロットル、エレベータ、エルロン、ヨー操作に必要となるロータ２６の制御などは主制御部１１により行われる。そのため、疑似信号ルーチン５２２ではこれらを考慮する必要はない。すなわち、疑似信号ルーチン５２２に基づいて疑似信号生成プログラム５２１が生成する疑似信号ＳＰは、いわゆるプロポなどの一般的な操縦端末でも表現可能な単純な指示の組み合わせで足りる。
　さらに、疑似信号生成プログラム５２１は、飛行制御センサ群３０の検出値やレーザ測距センサ７０の検出値に基づいて、生成する疑似信号ＳＰの内容を動的に変更することができる。より具体的には、上でも述べたように、例えば、レーザ測距センサ７０の検出値に基づいて壁面９０ａとの距離を一定に保つ疑似信号ＳＰを生成したり、また、疑似信号ルーチン５２２を構造化（順列・分岐・繰り返しによるプログラム化）することで、例えば、レーザ測距センサ７０の突発的な変化を壁面９０ａ範囲の超過と判断し、動作を変更させたりすることができる。
　副制御部１２は疑似信号ルーチン５２２の実行を終えると、帰巣のためのオートパイロット動作を主制御部１１に実行させる（矢印線ｃ）。
　一般的なフライトコントローラである主制御部１１が備えるオートパイロット機能は汎用的な操作の組み合わせを順次実行することしかできず、また、飛行時の状況に応じて動作を動的に変更することもできない。すなわち、従来のオートパイロット機能では、一般的でない特殊な用途のための自律飛行動作を実現することは困難である。一方、本例の飛行制御装置１０ａは、主制御部１１に加え、副制御部１２を備えていることにより、特定の用途に応じた複雑な自律飛行動作を柔軟かつ正確に行わせることが可能とされている。
　なお、本例の疑似信号ルーチン５２２は主制御部１１のオートパイロット動作から独立しているが、主制御部１１によるオートパイロット中に手動操縦（疑似信号ＳＰ）による割り込むことが許容されているときは、例えば、主制御部１１のオートパイロット機能で飛行ルートと高度を設定し、飛行中の機首の方位角のみを副制御部１２で制御するという組み合わせも考えられる。
　また、本例の副制御部１２は、主制御部１１の周辺装置ではないセンサの一例としてレーザ測距センサ７０を備えているが、これは必須の構成ではない。疑似信号ルーチン５２２の内容によってはレーザ測距センサ７０を省略してもよく、他の装置を別途搭載してもよい。
［第２実施形態］
　以下、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明においては、先の実施形態と同一または同様の構成については、先の実施形態と同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
　図４は、第２実施形態にかかるマルチコプター１の機能構成を示すブロック図である。本例の飛行制御装置１０ｂは、第１実施形態の飛行制御装置１０ａの構成に加えて、副制御部１２が主制御部１１とは別に飛行制御センサ群６０を備えている。飛行制御センサ群６０を構成するセンサ類は飛行制御センサ群３０と同様である。
　副制御部１２が主制御部１１とは別に飛行制御センサ群６０を有していることにより、機体に備えられた飛行制御センサ群３０の種類やその搭載方法（主制御部１１に内蔵または外付け）、主制御部１１の仕様（センサ検出値の転送可否など）により副制御部１２の機能が制限されることが避けられ、様々な機体で副制御部１２の本来の機能を発揮することが可能とされている。
［第３実施形態］
　以下、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明においては、先の実施形態と同一または同様の構成については、先の実施形態と同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
　図５は、第３実施形態にかかるマルチコプター１の機能構成を示すブロック図である。本例の飛行制御装置１０ｃは、第２実施形態の飛行制御装置１０ｂの構成に加え、副制御部１２のメモリ５２に、受信器１４が出力する信号Ｓを記録するマクロ記録手段であるマクロ記録プログラム５２３が登録されている。
　これにより、例えば疑似信号ルーチン５２２を新規に作成するときに、実際に機体を操縦してそのときの受信器１４の出力信号Ｓを記録し、これをベースに疑似信号ルーチン５２２を作成することにより、疑似信号ルーチン５２２を効率的に作成することが可能とされている。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることができる。

Claims (7)

  1. 　無人航空機に搭載される飛行制御装置であって、
    　前記無人航空機の飛行動作を制御する主制御部と、
    　操縦者からの操縦信号を受信する受信器が出力する信号と同方式の信号である疑似信号を生成し、該疑似信号を前記主制御部に入力可能な副制御部と、
    を備えることを特徴とする飛行制御装置。
  2. 　前記副制御部は記憶部を有し、
    　前記記憶部には、前記疑似信号の経時的な生成パターンである疑似信号ルーチンが登録されていることを特徴とする請求項１に記載の飛行制御装置。
  3. 　前記機体の姿勢および／または飛行位置を検出する複数のセンサである飛行制御センサ群をさらに備え、
    　前記副制御部は、前記飛行制御センサ群の検出値に基づいて、前記疑似信号の生成内容を動的に変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の飛行制御装置。
  4. 　前記主制御部および前記副制御部は、それぞれ別々の前記飛行制御センサ群を有していることを特徴とする請求項３に記載の飛行制御装置。
  5. 　操縦者からの操縦信号を受信する受信器をさらに備え、
    　前記受信器は前記副制御部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の飛行制御装置。
  6. 　操縦者からの操縦信号を受信する受信器をさらに備え、
    　前記副制御部は、前記受信器が出力する信号を記録するマクロ記録手段を有することを特徴とする請求項２に記載の飛行制御装置。
  7. 　請求項１に記載の飛行制御装置を備える無人航空機。

     
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7219861B1 (en) * 2000-07-06 2007-05-22 Spirit International, Inc. Guidance system for radio-controlled aircraft
JP2017065297A (ja) * 2015-09-28 2017-04-06 双葉電子工業株式会社 飛行制御装置、飛行制御方法、飛行体

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