JP7083099B2 - Drone landing gear - Google Patents
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Description
本発明は小型無人航空機の自動着陸装置に関する。 The present invention relates to an automatic landing gear for a small unmanned aerial vehicle.
従来の自動着陸装置の1例として、特許公開2012-71645が提供した方法がある。その方法は無人飛行機に搭載されているGPSにより着陸点近くまで飛行させたのちに着陸点に置かれたターゲットマークを撮像装置でとらえ、それを目指して着陸させる。
ターゲットが自動車のような移動体の場合は移動体にもGPSを取り付けておき、2つのGPSの情報を処理して無人飛行機を移動体近くまで飛行させたのちにターゲットマークを撮像装置でとらえ、それを目指して着陸させる。
図5にターゲットマークの例として同文献に載っていた図柄を示す。As an example of a conventional automatic landing gear, there is a method provided by Patent Publication 2012-71645. The method is to fly near the landing point by GPS mounted on the unmanned aerial vehicle, then capture the target mark placed at the landing point with an image pickup device and land toward it.
If the target is a moving object such as a car, attach GPS to the moving object, process the information of the two GPSs, fly the unmanned aerial vehicle close to the moving object, and then capture the target mark with an image pickup device. Land for that.
FIG. 5 shows a design described in the same document as an example of a target mark.
従来の1例として示した上述の自動着陸装置はGPSの位置情報により着陸地点近くまで飛行させた後に視覚センサーの情報を処理して位置を正確にとらえている。しかし、ターゲットマークが枯葉や紙切れで部分的に隠された場合は認識できないトラブルが発生する恐れがある。
そこで本発明は、GPSの位置情報を無人飛行機を着陸点の近くまで飛行させるだけに用いるのではなく着陸点を正確に判定する手段として用いるシステムを提供する。The above-mentioned automatic landing gear shown as an example of the conventional case accurately captures the position by processing the information of the visual sensor after flying to the vicinity of the landing point by the position information of GPS. However, if the target mark is partially hidden by dead leaves or a piece of paper, unrecognizable trouble may occur.
Therefore, the present invention provides a system that uses GPS position information not only for flying an unmanned aerial vehicle close to the landing point but also as a means for accurately determining the landing point.
請求項1記載の発明において、第1のGPS受信機と、この第1のGPS受信機を搭載したドローンと、このドローンの離着陸に用いる離着陸台を備えた自動離着陸システムにおいて、離着陸台に第2のGPS受信機と、この第2のGPS受信機が得る位置情報をドローンに送る送信機を取り付け、ドローンにその送信機が送ってくる位置情報を受信する受信機と、この受信機が得る位置情報と第1のGPS受信機が得る位置情報を比較して一致する点に着陸するための処理装置を搭載した。 In the invention according to
GPS受信機は複数の人工衛星から送られてくる電波の到着時刻の差を処理して位置を割出している。電波は電離層を通過するときに光のスピードより遅くなるが、電離層の深さや濃さが時間と共に刻々と変化するため、到着時刻も変化する。これがGPSの精度を落とす最大の原因になっている。 The GPS receiver processes the difference in arrival time of radio waves transmitted from a plurality of artificial satellites to determine the position. When radio waves pass through the ionosphere, they are slower than the speed of light, but the depth and density of the ionosphere change from moment to moment, so the arrival time also changes. This is the biggest cause of the decrease in GPS accuracy.
2つの同じ仕様のGPS受信機が同じ位置にあれば、2つの各々の値が変化しても2つの差の変化は小さい。ここに着眼し、着陸点にGPS受信機を置いて、その位置情報をドローンに送信し、ドローンのGPS受信機が得る位置情報と比較させて差がゼロになるように着陸させることで着陸精度を上げることを考案した。 If two GPS receivers with the same specifications are in the same position, the difference between the two will be small even if the respective values of the two change. Focusing on this point, place a GPS receiver at the landing point, send the position information to the drone, compare it with the position information obtained by the GPS receiver of the drone, and land so that the difference is zero, so that the landing accuracy I devised to raise.
本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例の説明図である。
図において、1はGPS受信機、2はドローン、3は離着陸台、4はGPS受信機、5は送信機、6は受信機、11~14はプロペラである。FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention.
In the figure, 1 is a GPS receiver, 2 is a drone, 3 is a takeoff and landing platform, 4 is a GPS receiver, 5 is a transmitter, 6 is a receiver, and 11 to 14 are propellers.
図2は図1のドローン2と離着陸台3の各々の構成図である。
図2において、処理装置7はGPS受信機1から入力する位置情報と送信機5及び受信機6を介して入力するGPS受信機4の位置情報の差を計算し、ゼロになるようにフライトコントローラ8に信号を送る。フライトコントローラ8は処理装置7から送られてくる信号に基づいて、プロペラ11~14の各々の回転数を変えて位置と動くスピードを制御している。FIG. 2 is a block diagram of each of the
In FIG. 2, the
ドローンはプロペラの回転数を変えることにより向きを変えることと前後左右上下の方向に移動することができる。例えば図1において、プロペラ11と12の回転数を下げれば、それらのプロペラがある側に傾くので、その後傾きを所定の値に維持して、回転数を上げれば傾いた方向に進む。 The drone can change its direction and move in the front-back, left-right, up-down directions by changing the rotation speed of the propeller. For example, in FIG. 1, if the rotation speeds of the
離着陸台3の位置情報とドローン2の位置情報の差をゼロにする制御は差がプラスであればプラスを減らすようにドローンを移動させるが、この制御には応答スピードがかかわってくるので、位置情報の数値の差をデジタルフィルタを介してフライトコントローラ8に伝える必要がある。 The control to make the difference between the position information of the takeoff and
図3は処理装置7のデジタルフィルタに関るフロートチャートの1例を示す図である。
図のフロートチャートは左右の位置の差をゼロにする処理を行っている。図中のXは位置の差を表し、Rはフライトコントローラに送る値を表しているが、左右の位置情報を周期的に入力してXを計算し、1つの前の周期で得たXzとRzと共に計算式に代入して新しいRを求め、フライトコントローラに送る。フライトコントローラに送られる信号は一般的にPWM信号が用いられることが多いが、その場合は、Rはデューティ値になる。FIG. 3 is a diagram showing an example of a float chart relating to the digital filter of the
The float chart in the figure is processed to make the difference between the left and right positions zero. In the figure, X represents the difference in position, and R represents the value to be sent to the flight controller. However, X is calculated by periodically inputting the left and right position information, and Xz obtained in the previous cycle is used. Substitute it in the calculation formula together with Rz to obtain a new R, and send it to the flight controller. A PWM signal is generally used as the signal sent to the flight controller, but in that case, R becomes a duty value.
フライトコントローラには他にY方向(前後)、Z方向(上下)、向き(ヨー)を制御する信号も送られる。 In addition, signals for controlling the Y direction (front and back), Z direction (up and down), and direction (yaw) are also sent to the flight controller.
図4はGPS受信機の位置情報が変化する要因の1つを説明する図である。
図において、15~18は人工衛星で、地上に電波を送っている。地上のGPS受信機は4つの衛星からの電波を受信し位置情報を計算している。各々の人工衛星は時間とともにその仰角が変化するので電離層通過距離も変わる。その結果位置情報の計算結果も変わるが、2つのGPS受信機が着陸点で重なれば位置情報の差は十分小さくなるので、自動的に着陸させる目的に使うことができる。FIG. 4 is a diagram illustrating one of the factors that change the position information of the GPS receiver.
In the figure, 15 to 18 are artificial satellites that send radio waves to the ground. The GPS receiver on the ground receives radio waves from four satellites and calculates the position information. Since the elevation angle of each artificial satellite changes with time, the ionospheric passage distance also changes. As a result, the calculation result of the position information also changes, but if the two GPS receivers overlap at the landing point, the difference in the position information becomes sufficiently small, and it can be used for the purpose of landing automatically.
ドローンのフライトコントローラを位置情報の差がゼロになるように制御しながら、ゆっくり下降させることによって正確な着陸ができる。 Accurate landing is possible by slowly descending while controlling the drone's flight controller so that the difference in position information is zero.
GPS受信機が量産されて安価で入手できるので従来の視覚による位置合わせより経済性があり、市場で応用される可能性は高い。 Since GPS receivers are mass-produced and available at low cost, they are more economical than conventional visual alignment and are likely to be applied in the market.
1、4 GPS受信機
2 ドローン
3 離着陸台
5 送信機
6 受信機
7 処理装置
8 フライトコントローラ
9、10 アンテナ
11~14 プロペラ
15~18 人工衛星1, 4
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