JP7620874B2 - Drone - Google Patents
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Description
本発明は、モータに接続されたプロペラの回転によって揚力を得て飛行するドローンに関する。 The present invention relates to a drone that flies by obtaining lift from the rotation of a propeller connected to a motor.
従来、小型無人飛行体(「ドローン」とも呼ばれる。)の利用が提案されている(例えば、特許文献1)。 The use of small unmanned aerial vehicles (also called "drones") has been proposed (for example, Patent Document 1).
ドローンは、複数のモータの回転軸にそれぞれ接続されたプロペラの回転を制御することによって、安定した飛行を実現している。ドローンは、隣り合うプロペラの回転方向を反対方向にすることによって、プロペラの回転による反力を相殺している。このため、複数のモータのうち、1台のモータにでも不具合が生じると、安定した飛行が困難になる。そこで、ドローンを構成する装置の内、1つの装置が故障したときに故障部位を特定して、その部位を使わずに制御の自由度を下げる制御則へ切り替えて飛行させることで墜落を防ぐ場合がある。この制御側を実施するためには、まず、故障をいち早く検知することが必要であり、次に故障部位を特定する必要がある。故障の検知及び故障部位の特定に長時間を要すると、例えば4つのモータのうちの1つのモータ、あるいは1つのESC(Electric Speed Controller)が故障してモータがフル回転、又は急激に回転速度を低下させると、故障した時間から姿勢が大きく傾き、その結果、失速して墜落することになる。また、4つのモータの回転速度を制御することによって姿勢を安定化させているので、回転速度を指標としてモータの故障を特定することは難しい。一方、例えば、ドローンの自律制御装置に含まれる6軸センサのようなセンサの故障検出は、6軸センサを2個設け双方のセンサの出力を比較することで故障を診断する場合があるが、故障検出時には、どちらの信号が正しいのか分からない場合があり、信頼に値しないので制御に使えない。そこで、GNSS(Global Navigation Satellite System)の信号を主に使う制御則への切り替えなどを実施して飛行させる場合があるが、現在位置の測位精度が低く、4つのモータを使っての精密な姿勢制御は難しい。また、6軸センサは、積分による累積演算の誤差が大きいので、GNSSの信号を用いて適宜補正するのであるが、比較するためには、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向のそれぞれの変位が必要になる。前後方向の変位はX軸方向の加速度を複数回(例えば、2回)積分して、左右方向の変位はY軸方向の加速度を複数回(例えば、2回)積分して、上下方向の変位はZ軸方向の加速度を複数回(例えば、2回)積分して求めるので、その処理に時間を要する。そこで、故障しても継続的に制御可能なドローンが望まれている。 Drones achieve stable flight by controlling the rotation of the propellers connected to the rotating shafts of multiple motors. In drones, the reaction force caused by the rotation of the propellers is offset by rotating the adjacent propellers in the opposite direction. For this reason, if even one of the multiple motors malfunctions, stable flight becomes difficult. Therefore, when one of the devices that make up the drone malfunctions, the malfunctioning part may be identified and the drone may fly without using that part, switching to a control law that reduces the degree of freedom of control, thereby preventing the drone from crashing. In order to implement this control, it is first necessary to detect the malfunction as soon as possible, and then to identify the malfunctioning part. If it takes a long time to detect the malfunction and identify the malfunctioning part, for example, if one of the four motors or one ESC (electric speed controller) malfunctions and the motor rotates at full speed or the rotation speed is suddenly reduced, the attitude will tilt significantly from the time of the malfunction, resulting in a stall and a crash. In addition, since the attitude is stabilized by controlling the rotation speed of the four motors, it is difficult to identify motor failures using the rotation speed as an index. On the other hand, for example, in the case of a sensor such as a 6-axis sensor included in an autonomous control device of a drone, a failure may be diagnosed by providing two 6-axis sensors and comparing the outputs of both sensors, but when a failure is detected, it may not be known which signal is correct, and the signal is unreliable and cannot be used for control. Therefore, the drone may be flown by switching to a control law that mainly uses GNSS (Global Navigation Satellite System) signals, but the positioning accuracy of the current position is low, and precise attitude control using four motors is difficult. In addition, since the 6-axis sensor has a large error in cumulative calculation due to integration, it is appropriately corrected using GNSS signals, but in order to compare them, displacements in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions are required. Forward/backward displacement is calculated by integrating the acceleration in the X-axis direction multiple times (e.g., twice), left/right displacement is calculated by integrating the acceleration in the Y-axis direction multiple times (e.g., twice), and up/down displacement is calculated by integrating the acceleration in the Z-axis direction multiple times (e.g., twice), so the processing takes time. Therefore, there is a demand for drones that can be continuously controlled even if they break down.
本発明はかかる問題の解決を試みたものであり、ドローンの制御装置に故障が生じても継続的に飛行可能なドローンを提供することを目的とする。 The present invention attempts to solve this problem, and aims to provide a drone that can continue to fly even if a malfunction occurs in the drone's control device.
第一の発明は、外部の操縦装置からの命令信号を受信して飛行可能なドローンであって、第一の通信装置と第一の制御駆動装置と第一の動力発生装置を含む第一の制御装置と、前記第一の制御装置の故障を診断する第一の故障診断装置と、第二の通信装置と第二の制御駆動装置と第二の動力発生装置を含む第二の制御装置と、前記第二の制御装置の故障を診断する第二の故障診断装置と、前記第一の故障診断装置が前記第一の制御装置の故障を検出したときには、前記第一の制御装置を停止し、前記第二の制御装置によって飛行する制御を行い、前記第二の故障診断装置が前記第二の制御装置の故障を検出したときには、前記第二の制御装置を停止して第一の制御装置によって飛行する制御を行う、ドローンである。 The first invention is a drone capable of flying by receiving a command signal from an external control device, the drone comprising: a first control device including a first communication device, a first control drive device, and a first power generation device; a first fault diagnosis device for diagnosing a fault in the first control device; a second control device including a second communication device, a second control drive device, and a second power generation device; a second fault diagnosis device for diagnosing a fault in the second control device; and when the first fault diagnosis device detects a fault in the first control device, the drone stops the first control device and controls the drone to fly using the second control device, and when the second fault diagnosis device detects a fault in the second control device, the drone stops the second control device and controls the drone to fly using the first control device.
第一の発明の構成によれば、1つの制御装置が故障しても継続的に飛行可能なドローンを提供することができる。 The configuration of the first invention makes it possible to provide a drone that can continue to fly even if one control device fails.
第二の発明は、第一の発明の構成において、前記第一の制御駆動装置は、第一バッテリと第一モータ駆動装置(ESC)と第一リレー装置を備え、前記第一の制御駆動装置は、少なくとも前記第一モータ駆動装置に前記第一リレー装置を介して電力を供給し、前記第一の故障診断装置が前記第一の制御装置の故障を検出したときに前記第一リレー装置を介して少なくとも前記第一モータ駆動装置への電力供給を停止し、前記第二の制御駆動装置は、第二バッテリと第二モータ駆動装置(ESC)と第二リレー装置を備え、前記第二の制御駆動装置は、少なくとも前記第二モータ駆動装置に前記第二リレー装置を介して電力を供給し、前記第二の故障診断装置が前記第二の制御装置の故障を検出したときに前記第二リレー装置を介して少なくとも前記第二モータ駆動装置への電力供給を停止する、ドローンである。 The second invention is a drone in which, in the configuration of the first invention, the first control drive device includes a first battery, a first motor drive device (ESC), and a first relay device, the first control drive device supplies power to at least the first motor drive device via the first relay device, and when the first fault diagnosis device detects a fault in the first control device, stops the power supply to at least the first motor drive device via the first relay device, and the second control drive device includes a second battery, a second motor drive device (ESC), and a second relay device, the second control drive device supplies power to at least the second motor drive device via the second relay device, and when the second fault diagnosis device detects a fault in the second control device, stops the power supply to at least the second motor drive device via the second relay device.
第二の発明の構成によれば、ドローンの1つの制御装置が故障したときに確実にモータの駆動を停止できる。例えば、第一の制御装置が故障したときに制御を停止しても、モータ駆動用のトランジスタが作動しつつ故障しているとモータがフル回転状態になり、第二の制御装置による飛行を妨害することになる。この点、第二の発明の構成によれば、リレー装置により確実に故障した第一の制御装置または第二の制御装置への電力供給を確実に遮断することができる。 The configuration of the second invention makes it possible to reliably stop the motor drive when one of the drone's control devices fails. For example, even if control is stopped when the first control device fails, if the transistor for driving the motor is operating but has a failure, the motor will rotate at full speed, interfering with flight by the second control device. In this regard, the configuration of the second invention makes it possible to reliably cut off the power supply to the failed first control device or second control device using a relay device.
第三の発明は、第一の発明の構成において、前記第一の故障診断装置が前記第一の制御装置の故障を検出したとき、または、前記第二の故障診断装置が前記第二の制御装置の故障を検出したとき、前記操縦装置に故障を通知する通知手段を有する、ドローンである。 The third invention is a drone having the configuration of the first invention, which has a notification means for notifying the pilot device of a failure when the first fault diagnosis device detects a failure in the first control device, or when the second fault diagnosis device detects a failure in the second control device.
第三の発明の構成によれば、ドローンの故障を操縦者に知らせることができる。本発明のドローンは、例えば、第一の制御装置が故障しても継続的に飛行が可能なので、操縦者が故障に気づかない場合がある。このときには、第二の制御装置で飛行することになるが、このときは従来のドローンと同じ飛行状態になる。この状態において、第一制御装置の故障を操縦者に認知させる効果がある。 The configuration of the third invention makes it possible to notify the pilot of a drone malfunction. The drone of the present invention can continue to fly even if, for example, the first control device malfunctions, so the pilot may not notice the malfunction. In this case, the drone will fly using the second control device, which is the same flight state as a conventional drone. In this state, there is an effect of making the pilot aware of the malfunction of the first control device.
第四の発明は、第一の発明の構成において、前記操縦装置からの指令に基づいて、上昇・下降・ホバリング、前進・後退、右横移動・左横移動、上下軸(Z軸)回りに右回転・左回転させるための運動制御手段と、目標運動をピッチ角とロール角と上下軸(Z軸)回りの角速度で定義する目標運動設定手段と、現在の運動状態をピッチ角とロール角と上下軸(Z軸)回りの角速度で検出する現在状態検出手段と、を有し、前記目標運動設定手段によって定義された前記目標運動と前記現在状態検出手段によって検出された前記現在の運動状態との偏差を求め、前記偏差を小さくするように補正した信号を加減して修正制御する修正制御手段を有する、ドローンである。 The fourth invention is a drone having the configuration of the first invention, which has a motion control means for ascending, descending, hovering, moving forward, backward, moving laterally to the right or left, and rotating right or left around the vertical axis (Z-axis) based on commands from the control device, a target motion setting means for defining a target motion by a pitch angle, a roll angle, and an angular velocity around the vertical axis (Z-axis), and a current state detection means for detecting a current motion state by a pitch angle, a roll angle, and an angular velocity around the vertical axis (Z-axis), and has a correction control means for determining a deviation between the target motion defined by the target motion setting means and the current motion state detected by the current state detection means, and performing correction control by adding or subtracting a corrected signal so as to reduce the deviation.
第四の発明の構成によれば、基本的な飛行は、センサを使わないで手動で制御し、修正を必要とする外乱に対しては、目標値をピッチ角とロール角と上下軸(Z軸)回りの角速度の3つの変数で定義して、現在状態との偏差を求めてこの偏差を小さくする方向に制御信号を修正しているので、6軸センサの信号から計算で求める際に、従来は複数回の積分を要したが、1回の積分だけで済むので計算時間が短く、検出精度も高いので、制御の遅れが少なく安定した飛行が可能である。 According to the configuration of the fourth invention, basic flight is controlled manually without using sensors, and for disturbances that require correction, a target value is defined using three variables: pitch angle, roll angle, and angular velocity around the up-down axis (Z-axis), and the deviation from the current state is calculated and the control signal is corrected in the direction that reduces this deviation. Therefore, while multiple integrations were previously required when calculating from the signal of the six-axis sensor, only one integration is required, so the calculation time is short and the detection accuracy is high, enabling stable flight with little control delay.
第五の発明は、第一の発明の構成において、前記第一の動力発生装置及び前記第二の動力発生装置は、少なくとも4つのモータを備え、前記4つのモータは、平面視において、前記4つのモータの回転軸を結ぶと長方形または正方形である矩形を構成するように配置され、前記矩形の対角線上に配置されたそれぞれの前記モータをFR(前方右側のモータ)、FL(前方左側のモータ)、RR(後方右側のモータ)、RL(後方左側のモータ)とし、それぞれの回転速度をnFR,nFL,nRR,nRLとするとき、前記操縦装置から前記命令信号に基づいて、上昇時には、それぞれの前記モータの回転速度をnFR=nFL=nRR=nRLの関係を維持しながらより大きくするように駆動制御し、下降時には、前記操縦装置からの前記命令信号に基づいて、nFR=nFL=nRR=nRLの関係を維持しながら回転速度をより小さくするように駆動制御し、前進時にはnFR=nFL<nRR=nRLとなる関係を維持しながらnFRとnFLをより小さくして前進速度を大きくするように駆動制御し、後退時には、nFR=nFL>nRR=nRLとなる関係を維持しながらnFR=nFLをより大きくして後進速度を大きくするように駆動制御し、右横移動時には、nFR=nRR<nFL=nRLとなる関係を維持しながらnFLとnRLをより大きく小さくして右横移動速度を大きくするように駆動制御し、左横移動時には、nFR=nRR>nFL=nRLとなる関係を維持しながらnFLとnRLをより小さくして左横移動速度を大きくするように駆動制御し、上下方向の軸(Z軸)回りを右回転させるときには、nFR=nRL<nFL=nRRとなる関係を維持しながらnFLとnRRをより大きくして右回転速度を大きくするように駆動制御し、左回転させるときには、nFR=nRL>nFL=nRRとなる関係を維持しながらnFLとnRRをより小さくして左回転速度を大きくするように駆動制御する運動制御手段と、前記操縦装置からの前記指令信号に基づいて目標ピッチ角と目標ロール角と上下方向(Z)軸回りの目標角速度を求める目標運動設定手段と、前記制御駆動装置内に配置された位置センサ(6軸センサ、又は6軸センサとGNSS、又はGNSS)と、前記位置センサからの出力値から求めた現在のピッチ角とロール角と上下方向(Z)軸回りの角速度を求める現在状態検出手段と、前記目標運動設定手段と前記現在状態検出手段とのそれぞれのデータを比較して、それぞれの偏差を求め、これらの偏差を小さくするように、ピッチ角はnFRとnFLを、ロール角は、nFLとnRLで、回転角速度は、nFLとnRRを、それぞれ補正した信号を加減して修正制御する修正制御手段と、を有する、ドローンである。 The fifth invention is a configuration according to the first invention, in which the first power generating device and the second power generating device are provided with at least four motors, and the four motors are arranged so that, in a plan view, connecting the rotation axes of the four motors forms a rectangle that is a rectangle or a square, and when the motors arranged on the diagonal lines of the rectangle are FR (front right motor), FL (front left motor), RR (rear right motor), and RL (rear left motor), and the respective rotation speeds are nFR, nFL, nRR, and nRL, based on the command signal from the control device, during ascent, the rotation speeds of the respective motors are set to nFR = nFL = nRR = nR When descending, the rotation speed is controlled to be smaller while maintaining the relationship nFR=nFL=nRR=nRL based on the command signal from the control device, when moving forward, the forward speed is controlled to be larger by making nFR and nFL smaller while maintaining the relationship nFR=nFL<nRR=nRL, when moving backward, the reverse speed is controlled to be larger by making nFR=nFL larger while maintaining the relationship nFR=nFL>nRR=nRL, and when moving right lateral, the right lateral movement is controlled to be larger by making nFL and nRL larger while maintaining the relationship nFR=nRR<nFL=nRL. and a motion control means for controlling the aircraft to drive and control the aircraft so as to increase the speed of left lateral movement, and for controlling the aircraft to drive and control nFL and nRL to be smaller while maintaining the relationship nFR=nRR>nFL=nRL and to increase the left lateral movement speed during left lateral movement, and for controlling the aircraft to rotate right about an axis in the vertical direction (Z-axis) to drive and control nFL and nRR to be larger while maintaining the relationship nFR=nRL<nFL=nRR and to increase the right rotation speed, and for controlling the aircraft to rotate left to drive and control nFL and nRR to be smaller while maintaining the relationship nFR=nRL>nFL=nRR and to increase the left rotation speed; and a motion control means for controlling the aircraft to drive and control the aircraft so as to increase the speed of left rotation, and The drone has a target motion setting means for determining a target angular velocity around the vertical (Z) axis, a position sensor (6-axis sensor, or 6-axis sensor and GNSS, or GNSS) arranged in the control drive device, a current state detection means for determining the current pitch angle and roll angle and the angular velocity around the vertical (Z) axis determined from the output value of the position sensor, and a correction control means for comparing the data from the target motion setting means and the current state detection means to determine the respective deviations, and for correcting and controlling the pitch angle nFR and nFL, the roll angle nFL and nRL, and the rotational angular velocity nFL and nRR by adding or subtracting corrected signals so as to reduce these deviations.
第五の発明の構成によれば、前進・後退時には2つのモータのnFRとnFLを調整、右・左横移動時には2つのモータのnFLとnRLを調整、上下方向の軸(Z軸)回りを右回転・左回転させるときには2のモータのnFLとnRRを調整するのみで、常に残りの2つのモータは手動で制御されているので、4つのモータを自動制御しているドローンと対比して、位置センサの異常や検出遅れがあっても安定した飛行が可能である。 According to the configuration of the fifth invention, when moving forward or backward, the nFR and nFL of the two motors are adjusted, when moving laterally to the right or left, the nFL and nRL of the two motors are adjusted, and when rotating right or left around the vertical axis (Z-axis), only the nFL and nRR of the two motors are adjusted, and the remaining two motors are always manually controlled, so stable flight is possible even if there is an abnormality or detection delay in the position sensor, in contrast to drones that automatically control four motors.
第六の発明は、第一の発明の構成において、前記第一の動力発生装置及び前記第二の動力発生装置は、それぞれ、回転軸を同一線上に配置する2つのモータを1組とする少なくとも4組の前記モータを備え、前記4組は、平面視において、前記4組のモータの回転軸を結ぶと長方形、正方形またはひし形である矩形を構成するように配置され、前記1組における2つの前記モータは互いに逆方向に同一の回転速度で回転するように構成され、前記第一の制御駆動装置及び前記第二の制御駆動装置は、前記ドローンを前記矩形の対角線方向に前進・後退、横移動させるように構成されている、ドローンである。 The sixth invention is a drone according to the first invention, in which the first power generating device and the second power generating device each include at least four sets of motors, each set including two motors whose rotation axes are arranged on the same line, the four sets are arranged such that, when viewed in a plane, the rotation axes of the four sets of motors are connected to form a rectangle that is a rectangle, a square, or a rhombus, the two motors in each set are configured to rotate in opposite directions at the same rotational speed, and the first control drive device and the second control drive device are configured to move the drone forward, backward, and laterally in the diagonal direction of the rectangle.
第六の発明の構成によれば、2つのモータの対角線方向に前進・後退、左右の横移動を実施するから、従来の辺方向に移動するより、進行方向に対してモータ間の距離を長く確保でき、水平方向に自分で復帰するためのモーメントを大きくでき、安定性を向上させることができる。 According to the configuration of the sixth invention, the two motors move forward and backward in the diagonal direction and move laterally to the left and right, so the distance between the motors in the direction of travel is longer than in the conventional case of movement in the direction of a side, and the moment required for the motor to return to its original position in the horizontal direction can be increased, improving stability.
第七の発明は、第六の発明の構成において、前記4組をF、R、r、sLとし、前記F及び前記Rを前記矩形の一方の対角線上に配置し、前記rとsLを前記矩形の他方の対角線上に配置し、それぞれの回転数をnF,nR,nr,nsLとすると、前記制御駆動装置は、前記操縦装置からの前記命令信号に基づき、前進時には、nF<nR、後退時には、nF>nR、右移動時には、nsL>nr、左移動時には、nsL<nrの関係となるように駆動制御するように構成されている、ドローンである。 The seventh invention is a drone configured as in the sixth invention, in which the four groups are F, R, r, and sL, F and R are arranged on one diagonal of the rectangle, r and sL are arranged on the other diagonal of the rectangle, and the respective rotation speeds are nF, nR, nr, and nsL, and the control drive device is configured to control the drive based on the command signal from the pilot device so that the relationship is nF<nR when moving forward, nF>nR when moving backward, nsL>nr when moving right, and nsL<nr when moving left.
第七の発明の構成によれば、1組のモータの回転速度を変えることによって、前進・後退、左右の横移動が可能となるので、複雑な計算が不要になり、簡単な制御で飛行可能なドローンを提供することできる。 According to the seventh aspect of the invention, by changing the rotation speed of a pair of motors, it is possible to move forward, backward, and sideways, so that it is possible to provide a drone that can fly with simple control without the need for complex calculations.
第八の発明は、第七の発明の構成において、前記操縦装置からの前記指令信号に基づいて目標ピッチ角と目標ロール角と上下方向(Z)軸回りの目標角速度を求める目標運動設定手段と、前記制御駆動装置内に配置される位置センサ(6軸センサ、又は6軸センサとGNSS、又はGNSS)と、前記位置センサの出力値から求めた現在のピッチ角とロール角を求める現在状態検出手段と、前記目標運動設定手段と前記現在状態検出手段とのそれぞれのデータを比較して、それぞれの偏差を求め、これらの偏差を小さくするように、ピッチ角はnFを、ロール角はnsLを、それぞれ補正した信号を加減して修正制御する修正制御手段と、を有する請求項7に記載のドローンである。 The eighth invention is the drone according to claim 7, which has, in the configuration of the seventh invention, a target motion setting means for determining a target pitch angle, a target roll angle, and a target angular velocity around an up-down (Z) axis based on the command signal from the control device, a position sensor (six-axis sensor, or a six-axis sensor and GNSS, or a GNSS) disposed within the control drive device, a current state detection means for determining the current pitch angle and roll angle determined from the output value of the position sensor, and a correction control means for comparing the data from the target motion setting means and the current state detection means to determine the respective deviations, and for correcting and controlling the pitch angle by adding or subtracting the corrected signals nF and the roll angle by nsL so as to reduce these deviations.
第八の発明の構成によれば、突風などの外乱にもモータ駆動信号を自動的に修正して対応できる。しかも、1組のモータの回転速度を変えて修正できるので、応答性の良い安定な飛行が可能になる。 The eighth aspect of the invention allows the motor drive signal to be automatically corrected to deal with disturbances such as wind gusts. Moreover, the correction can be made by changing the rotation speed of one set of motors, enabling stable flight with good responsiveness.
本発明によれば、1つの制御装置が故障しても継続的に飛行可能なドローンを提供することができる。 The present invention makes it possible to provide a drone that can continue to fly even if one control device fails.
以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態)について詳細に説明する。以下の説明においては、同様の構成には同じ符号を付し、その説明を省略又は簡略する。なお、当業者が適宜実施できる構成については説明を省略し、本発明の基本的な構成についてのみ説明する。 The following provides a detailed description of the form for implementing the present invention (hereinafter, "embodiment"). In the following description, the same components are given the same reference numerals, and their description will be omitted or simplified. Descriptions of components that can be implemented appropriately by a person skilled in the art will be omitted, and only the basic configuration of the present invention will be described.
<第一の実施形態>
図1乃至図8を参照して、第一の実施形態に係る示すドローン1を説明する。ドローン1は、外部の操縦装置(「プロポ」とも呼ばれる。)からの命令信号を受信して飛行可能なドローンである。操縦装置は、図示を省略する。
First Embodiment
A drone 1 according to a first embodiment will be described with reference to Fig. 1 to Fig. 8. The drone 1 is a drone that can fly by receiving a command signal from an external control device (also called a "radio transmitter"). The control device is not shown in the drawings.
<<ドローン1の構成>>
図1に示すように、ドローン1は、筐体10を有し、筐体10に4本のアーム12、及び、4本の着陸用の脚40が接続されている。各アーム12の筐体10と反対側の端部には、それぞれ、モータ組20、22、24及び26が接続されている。アーム12は、内側が空間となっているチューブ状の部材であって、その内側の空間にモータ組20等を構成する各モータへの電力供給や制御を行うためのケーブルが配置される。
<<Configuration of Drone 1>>
1, the drone 1 has a housing 10 to which four arms 12 and four landing legs 40 are connected. Motor sets 20, 22, 24, and 26 are connected to the ends of the arms 12 opposite the housing 10. The arms 12 are tubular members with a space on the inside, and cables for supplying power to and controlling each motor constituting the motor set 20 and the like are arranged in the inner space.
モータ組20は、一組のモータ20a及び20b、プロペラ20ap及びプロペラ20bpで構成される。図2に示すように、モータ20aの回転軸とモータ20bの回転軸は同一直線上に配置されている。モータ20aの回転軸は上方に突出し、その回転軸の上端部にプロペラ20apが接続される。モータ20bの回転軸は下方に突出し、回転軸の下端部にプロペラ20bpが接続される。本実施形態において、モータ20aを上方のモータとも呼び、モータ20bを下方のモータとも呼ぶ。モータ20a及び20bは、アウターローター式のブラシレスDC(Direct current)モータである。モータ組22、24及び26の構成は、モータ組20と同様である。 The motor set 20 is composed of a pair of motors 20a and 20b, a propeller 20ap, and a propeller 20bp. As shown in FIG. 2, the rotation shaft of the motor 20a and the rotation shaft of the motor 20b are arranged on the same straight line. The rotation shaft of the motor 20a protrudes upward, and the propeller 20ap is connected to the upper end of the rotation shaft. The rotation shaft of the motor 20b protrudes downward, and the propeller 20bp is connected to the lower end of the rotation shaft. In this embodiment, the motor 20a is also called the upper motor, and the motor 20b is also called the lower motor. The motors 20a and 20b are outer rotor type brushless DC (Direct current) motors. The configurations of the motor sets 22, 24, and 26 are the same as that of the motor set 20.
図1に示すように、モータ組20において、モータ20a及び20bは、同一回転速度nFR(図3参照)において、時計回りの方向C1に回転する。モータ組22、24及び26においても、上方のモータと下方のモータは、同一の回転速度、かつ、同一方向に回転する。上方のモータ群、すなわち、モータ20a,22a,24a及び26aが第一の動力発生装置106Aを構成する(図4参照)。下方のモータ群、すなわち、モータ20b,22b,24b及び26bが第二の動力発生装置106Bを構成する(図5参照)。 As shown in FIG. 1, in motor group 20, motors 20a and 20b rotate in a clockwise direction C1 at the same rotational speed nFR (see FIG. 3). In motor groups 22, 24, and 26, the upper motor and the lower motor also rotate at the same rotational speed and in the same direction. The upper motor group, i.e., motors 20a, 22a, 24a, and 26a, constitute the first power generating unit 106A (see FIG. 4). The lower motor group, i.e., motors 20b, 22b, 24b, and 26b, constitute the second power generating unit 106B (see FIG. 5).
第一の動力発生装置106Aを構成する上方のモータ20a,22a,24a及び26aに着目すると、隣り合うモータは反対方向に回転する。具体的には、図1に示すように、モータ20aは時計回りの方向C1に回転し、モータ22aは反時計回りの方向C2に回転し、モータ24aは方向C2に回転し、モータ26aは方向C1に回転する。このため、モータ20a,22a,24a及び26aにおいて、隣接するモータ同士の反力は相殺される。例えば、モータ20a等が同一の回転速度で回転する場合には、モータ20a,22a,24a及び26aが全体として回転による反力は相殺され、ドローン1がZ軸を中心に回転する力は作用しない。このことは、第二の動力発生装置106Bを構成する下方のモータ20b,22b,24b及び26bについても同様である。 Focusing on the upper motors 20a, 22a, 24a, and 26a constituting the first power generating device 106A, adjacent motors rotate in opposite directions. Specifically, as shown in FIG. 1, motor 20a rotates in a clockwise direction C1, motor 22a rotates in a counterclockwise direction C2, motor 24a rotates in a direction C2, and motor 26a rotates in a direction C1. Therefore, in the motors 20a, 22a, 24a, and 26a, the reaction forces of adjacent motors are cancelled out. For example, when motors 20a, etc. rotate at the same rotational speed, the reaction forces due to the rotation of motors 20a, 22a, 24a, and 26a as a whole are cancelled out, and no force is applied to rotate the drone 1 around the Z axis. This is also true for the lower motors 20b, 22b, 24b, and 26b constituting the second power generating device 106B.
また、図1に示すように、筐体10には、外部の操縦装置と通信するための通信アンテナ30A及び30B、GNSS(Global Navigation Satellite System)を構成する測位用衛星からの測位用電波を受信する測位用アンテナ32A及び32B、及び、外部の障害物を赤外線の反射によって検出するための赤外線検知装置34A及び34Bが接続されている。ドローン1は、通信アンテナ30A及び30Bによって、操縦装置からの命令信号を受信する。図4及び5に示すように、通信アンテナ30A及び30B,測位用アンテナ32A及び32B、赤外線検知装置34A及び34Bから出力された信号は、それぞれ、信号処理装置110A及び110Bによって処理される。 As shown in FIG. 1, the housing 10 is connected to communication antennas 30A and 30B for communicating with an external control device, positioning antennas 32A and 32B for receiving positioning radio waves from positioning satellites that make up the Global Navigation Satellite System (GNSS), and infrared detection devices 34A and 34B for detecting external obstacles by infrared reflection. The drone 1 receives command signals from the control device via the communication antennas 30A and 30B. As shown in FIGS. 4 and 5, the signals output from the communication antennas 30A and 30B, the positioning antennas 32A and 32B, and the infrared detection devices 34A and 34B are processed by signal processing devices 110A and 110B, respectively.
図4に示すように、通信アンテナ30A、測位アンテナ32A,赤外線検知装置34A及び信号処理装置110Aによって、第一の通信装置102Aを構成する。同様に、図5に示すように、通信アンテナ30B、測位アンテナ32B,赤外線検知装置34B及び信号処理装置110Bによって、第二の通信装置102Bを構成する。 As shown in FIG. 4, a first communication device 102A is made up of a communication antenna 30A, a positioning antenna 32A, an infrared detection device 34A, and a signal processing device 110A. Similarly, as shown in FIG. 5, a second communication device 102B is made up of a communication antenna 30B, a positioning antenna 32B, an infrared detection device 34B, and a signal processing device 110B.
また、図4に示すように、筐体10には、コンピュータ112A、6軸センサ114A、第一バッテリとしてのバッテリ118A、第一モータ駆動装置としてのESC120a,122a,124a及び126a、及び、第一リレー装置としてのリレー装置116Aが格納され、第一の制御駆動装置104Aを構成する。なお、図1においては、第一の制御駆動装置104Aのうち、バッテリ118Aのみを示し、他の構成は省略している。同様に、図5に示すように、筐体10には、コンピュータ112B、6軸センサ114B、第二バッテリとしてのバッテリ118B、第二モータ駆動装置としてのESC120b,122b,124b及び126b、及び、第二リレー装置としてのリレー装置116Bが格納され、第二の制御駆動装置104Bを構成する。なお、図1においては、第二の制御駆動装置104Bのうち、バッテリ118Bのみを示し、他の構成は省略している。 As shown in FIG. 4, the housing 10 stores the computer 112A, the six-axis sensor 114A, the battery 118A as the first battery, the ESCs 120a, 122a, 124a, and 126a as the first motor drive devices, and the relay device 116A as the first relay device, constituting the first control drive device 104A. In FIG. 1, only the battery 118A is shown among the first control drive device 104A, and the other components are omitted. Similarly, as shown in FIG. 5, the housing 10 stores the computer 112B, the six-axis sensor 114B, the battery 118B as the second battery, the ESCs 120b, 122b, 124b, and 126b as the second motor drive devices, and the relay device 116B as the second relay device, constituting the second control drive device 104B. In FIG. 1, only the battery 118B is shown among the second control drive device 104B, and the other components are omitted.
図4に示すように、第一の通信装置102A、第一の制御駆動装置104A及び第一の動力発生装置106Aによって、第一の制御装置100Aが構成される。同様に、図5に示すように、第二の通信装置102B、第二の制御駆動装置104B及び第二の動力発生装置106Bによって、第二の制御装置100Bが構成される。このように、ドローン1は、第一の制御装置100A及び第二の制御装置100Bの2系統の制御装置を有する。 As shown in FIG. 4, a first control device 100A is formed by a first communication device 102A, a first control drive device 104A, and a first power generating device 106A. Similarly, as shown in FIG. 5, a second control device 100B is formed by a second communication device 102B, a second control drive device 104B, and a second power generating device 106B. In this way, the drone 1 has two control devices, a first control device 100A and a second control device 100B.
第一の制御駆動装置104Aに含まれる6軸センサ114A、及び、第二の制御駆動装置104Bに含まれる6軸センサ114Bは、X、Y、Z軸方向(図3参照)のそれぞれの加速度とX、Y、Z軸回りの角速度を検出する。 The six-axis sensor 114A included in the first control drive device 104A and the six-axis sensor 114B included in the second control drive device 104B detect the acceleration in each of the X-, Y-, and Z-axis directions (see FIG. 3) and the angular velocity around the X-, Y-, and Z-axes.
コンピュータ112A及び112Bは、入力信号を演算して出力する。また、コンピュータ112Aは、第一の制御装置100Aの故障を診断するためのプログラムとCPU(Central Process Unit)の故障を検出するウォッチドッグタイマー回路を含み、第一の故障診断装置として機能する。同様に、コンピュータ112Bは、第二の制御装置100Bの故障を診断するためのプログラムとCPUの故障を検出するウォッチドッグタイマー回路を含み、第二の故障診断装置として機能する。 Computers 112A and 112B calculate and output input signals. Computer 112A also includes a program for diagnosing faults in first control device 100A and a watchdog timer circuit for detecting faults in the CPU (Central Process Unit), and functions as a first fault diagnosis device. Similarly, computer 112B includes a program for diagnosing faults in second control device 100B and a watchdog timer circuit for detecting faults in the CPU, and functions as a second fault diagnosis device.
バッテリ118Aは第一の制御装置100Aに電力を供給し、バッテリ118Bは第二の制御装置100Bに電力を供給する。 Battery 118A supplies power to the first control device 100A, and battery 118B supplies power to the second control device 100B.
リレー装置116Aは、第一の制御駆動装置104Aを構成するコンピュータ112Aからの指令信号によって、バッテリ118Aからの電力供給を実施、または、電力供給を遮断する。具体的には、コンピュータ112Aは、電力供給装置を有し、上述のウォッチドッグタイマー回路、または故障診断プログラムによって故障を検出した場合には、リレー装置116Aによって、少なくともESC120a等への電力供給を遮断する。また、コンピュータ112Aは、上述のウォッチドッグタイマー回路、または故障診断によって故障を検出しない場合には、リレー装置116Aを介して、少なくともESC120a等への電力供給を継続する。 The relay device 116A supplies power from the battery 118A or cuts off the power supply in response to a command signal from the computer 112A constituting the first control drive device 104A. Specifically, the computer 112A has a power supply device, and when a fault is detected by the above-mentioned watchdog timer circuit or the fault diagnosis program, the relay device 116A cuts off the power supply to at least the ESC 120a, etc. Furthermore, when the computer 112A does not detect a fault by the above-mentioned watchdog timer circuit or the fault diagnosis, it continues to supply power to at least the ESC 120a, etc. via the relay device 116A.
リレー装置116Bは、第二の制御駆動装置104Bを構成するコンピュータ112Bからの指令信号によって、バッテリ118Bからの電力供給を実施、または、電力供給を遮断する。具体的には、コンピュータ112Bは、電力供給装置を有し、上述のウォッチドッグタイマー回路、または故障診断プログラムによって故障を検出した場合には、リレー装置116Bによって、少なくともESC120b等への電力供給を遮断する。また、コンピュータ112Bは、上述のウォッチドッグタイマー回路、または故障診断プログラムによって故障を検出しない場合には、リレー装置116Bを介して、少なくともESC120b等への電力供給を継続する。 The relay device 116B supplies power from the battery 118B or cuts off the power supply in response to a command signal from the computer 112B constituting the second control drive device 104B. Specifically, the computer 112B has a power supply device, and when a fault is detected by the above-mentioned watchdog timer circuit or the fault diagnosis program, the relay device 116B cuts off the power supply to at least the ESC 120b, etc. Furthermore, when the computer 112B does not detect a fault by the above-mentioned watchdog timer circuit or the fault diagnosis program, it continues to supply power to at least the ESC 120b, etc. via the relay device 116B.
<<ドローン1の動作>>
次に、図6等を参照して、ドローン1の動作を説明する。図6は、コンピュータ112A及び112Bの動作を示すフローチャートである。コンピュータ112A及び112Bの動作は同様なのでコンピュータ112Aの動作を説明し、コンピュータ112Bの動作の説明は省略する。
<<Drone 1 Operation>>
Next, the operation of the drone 1 will be described with reference to Fig. 6 and the like. Fig. 6 is a flowchart showing the operations of the computers 112A and 112B. Since the operations of the computers 112A and 112B are similar, the operation of the computer 112A will be described, and the description of the operation of the computer 112B will be omitted.
ドローン1の電源スイッチをONに切り替えると、ON信号により開始ステップST1のスタート処理がなされる。ステップST1ではイニシャルデータの読み込みなどのコンピュータ初期設定が行われる。次にステップST2では、第一の通信装置102Aからの入力、つまり操縦装置からの操作信号や、GNSSを利用して算出されたドローン1の現在位置など基本情報が入力される。ステップST3では、第1の制御駆動装置104A内の6軸センサ114Aからの6つの出力、つまりドローン1のX軸方向の加速度、Y軸方向の加速度、Z軸方向の加速度、およびX軸回りの角速度、Y軸回りの角速度、Z軸回りの角速度が入力される。 When the power switch of drone 1 is switched ON, the ON signal starts the start process of start step ST1. In step ST1, computer initial settings such as reading in initial data are performed. Next, in step ST2, input from the first communication device 102A, that is, basic information such as the operation signal from the control device and the current position of drone 1 calculated using GNSS, is input. In step ST3, six outputs from the six-axis sensor 114A in the first control drive device 104A, that is, the acceleration in the X-axis direction, the Y-axis direction, the Z-axis direction, and the angular velocity around the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis, are input.
ステップST4では、第1の制御装置100Aのコンピュータ112Aが故障診断装置として機能し、故障診断を実施する。第一の通信装置102Aへの入力信号の遮断や異常、6軸センサ114Aからの入力信号の異常や故障、コンピュータ112Aの停止や暴走、ESC120a,122a,124a及び126aのON故障あるいはOFF故障、あるいは、モータ20a,22a,24a,または26aのロック故障や巻線の断線、あるいは、レアショートなどの故障を診断する。コンピュータ112Aが、故障が存在すると診断した場合には、リレー装置116AをOFFにして電力供給を遮断する。これによりコンピュータ112Aの暴走やESC120a等のON故障による1つのモータ20a等のフル回転を防止する。なお、故障診断後の制御については後述する。 In step ST4, the computer 112A of the first control device 100A functions as a fault diagnosis device and performs fault diagnosis. It diagnoses the following faults: interruption or abnormality of the input signal to the first communication device 102A, abnormality or failure of the input signal from the 6-axis sensor 114A, stoppage or runaway of the computer 112A, ON or OFF failure of the ESCs 120a, 122a, 124a, and 126a, lock failure or winding breakage of the motors 20a, 22a, 24a, or 26a, or layer short. If the computer 112A diagnoses that a fault exists, it turns off the relay device 116A to cut off the power supply. This prevents full rotation of one motor 20a, etc. due to runaway of the computer 112A or ON failure of the ESC 120a, etc. Note that control after fault diagnosis will be described later.
コンピュータ112Aは、CPU(Central Process Unit)の故障を検出して異常であれば、リレー装置116AにOFF信号を出力するウォッチドッグタイマー回路を備えている。ウォッチドッグタイマー回路からOFF信号が出力される、または、コンピュータ112AのCPUが故障と診断してOFF信号が出力されると、リレー装置116Aはバッテリ118Aからの電力を遮断して4つのモータ20a等を全て停止させるが、第2の制御装置100Bは作動しているので飛行可能である。 The computer 112A is equipped with a watchdog timer circuit that detects a CPU (Central Process Unit) failure and outputs an OFF signal to the relay device 116A if an abnormality is detected. When the watchdog timer circuit outputs an OFF signal, or when the CPU of the computer 112A diagnoses a failure and outputs an OFF signal, the relay device 116A cuts off power from the battery 118A and stops all four motors 20a, etc., but the second control device 100B is operating, so flight is possible.
ただし、ドローン1が第二の制御装置100Bのみによって飛行を継続する場合、第二の制御装置100Bが故障すると墜落する危険性がある。この点、コンピュータ112A及び112Bは、それぞれ、通知プログラムを含み、故障を検出した場合には、故障を示す故障信号を操縦装置に送信するように構成されている。すなわち、コンピュータ112A及び112Bは、通知手段として機能する。第一の制御装置100Aへの電力が遮断された場合には、第二の制御装置100Bが当該遮断を検知し、第二の通信装置102Bを構成する信号処理装置110B及び通信アンテナ30Bを介して、故障信号を操縦装置に送信し、故障を通知する。同様に、第二の制御装置100Bへの電力が遮断された場合には、第一の制御装置100Aが当該遮断を検知し、第一の通信装置102Aを構成する信号処理装置110A及び通信アンテナ30Aを介して、故障信号を操縦装置に送信し、故障を通知する。操縦装置は、故障信号を受信すると、例えば、赤色ランプの点灯、もしくはオレンジ色ランプの点滅によって、操縦者がドローン1の故障を認識可能な状態とする。 However, if the drone 1 continues to fly only by the second control device 100B, there is a risk of the drone crashing if the second control device 100B malfunctions. In this regard, the computers 112A and 112B each include a notification program, and are configured to transmit a fault signal indicating the fault to the control device when a fault is detected. That is, the computers 112A and 112B function as a notification means. When power to the first control device 100A is interrupted, the second control device 100B detects the interruption and transmits a fault signal to the control device via the signal processing device 110B and communication antenna 30B constituting the second communication device 102B to notify the fault. Similarly, when power to the second control device 100B is interrupted, the first control device 100A detects the interruption and transmits a fault signal to the control device via the signal processing device 110A and communication antenna 30A constituting the first communication device 102A to notify the fault. When the control device receives a malfunction signal, it makes the pilot aware of the malfunction of drone 1, for example by turning on a red light or flashing an orange light.
図7は、本実施形態によるドローン1と従来のドローンの信頼度の比較を示す。通信装置と制御駆動装置と動力発生装置の信頼度をそれぞれ0.999としたときに、従来のドローン全体の信頼度は、0.997である。一方、本実施形態による構成によれば、全体の信頼度は、0.99999であり、理論的にも大幅に向上できていることが確認できた。 Figure 7 shows a comparison of the reliability of the drone 1 according to this embodiment and a conventional drone. When the reliability of the communication device, the control drive device, and the power generation device is each set to 0.999, the reliability of the entire conventional drone is 0.997. On the other hand, with the configuration according to this embodiment, the overall reliability is 0.99999, and it has been confirmed that a significant theoretical improvement has been achieved.
ドローン1は、ステップST4において、故障が存在しないと判断した場合、ステップST5において、主制御の信号を生成する。そして、ステップST6で、補正制御の信号を生成(演算)し,ステップST5で生成した主信号に加算した信号を生成する。そして、この加算した信号をステップST7でESC120a等へ出力する。ESC120a等は、この主制御信号と補正制御信号に基づいてモータ20a等を駆動して回転速度を制御する。 If the drone 1 determines in step ST4 that no fault exists, it generates a main control signal in step ST5. Then, in step ST6, it generates (calculates) a correction control signal, and generates a signal that is added to the main signal generated in step ST5. Then, in step ST7, it outputs this added signal to the ESC 120a, etc. The ESC 120a, etc. drive the motor 20a, etc. based on the main control signal and the correction control signal to control the rotation speed.
主制御は、操縦装置からの指令信号に基づいてモータ20a、22a、24a、26aへの信号nFR*、nFL*、nRR*、nRL*を生成する。信号nFR*、nFL*、nRR*、nRL*は、モータ20a等の回転速度を制御するための信号であり、「目標回転速度信号」とも呼ぶ。補正制御は、主制御信号を補正して制御するための補正信号を生成し主制御信号に加算する制御である。補正信号は、操縦装置からの指令信号により生成した目標回転速度信号nFR*、nFL*、nRR*、nRL*から目標姿勢角度と目標角速度を求め、6軸センサ114Aからの信号によりドローン1の機体の現在の姿勢角度と角速度を計算により求め、両データの差を小さくするための信号を生成する。目標姿勢角度は2軸(X軸、Y軸)回りの姿勢角度(ロール角、ピッチ角)であり、目標角速度はZ軸回りのヨー角速度である。 The main control generates signals nFR*, nFL*, nRR*, and nRL* to the motors 20a, 22a, 24a, and 26a based on command signals from the control device. The signals nFR*, nFL*, nRR*, and nRL* are signals for controlling the rotation speed of the motors 20a, etc., and are also called "target rotation speed signals." The correction control generates a correction signal for correcting and controlling the main control signal and adds it to the main control signal. The correction signal calculates the target attitude angle and target angular velocity from the target rotation speed signals nFR*, nFL*, nRR*, and nRL* generated by the command signal from the control device, calculates the current attitude angle and angular velocity of the drone 1 body based on the signal from the 6-axis sensor 114A, and generates a signal to reduce the difference between the two data. The target attitude angle is the attitude angle (roll angle, pitch angle) around two axes (X axis, Y axis), and the target angular velocity is the yaw angular velocity around the Z axis.
次にステップST5~ST7について説明する。ステップST5について、図3及び図8を参照して説明する。図8の実線は主制御、点線は補正制御である。まず、実線の主制御について説明する。 Next, steps ST5 to ST7 will be described. Step ST5 will be described with reference to FIG. 3 and FIG. 8. The solid lines in FIG. 8 indicate main control, and the dotted lines indicate correction control. First, the main control indicated by the solid lines will be described.
コンピュータ112Aは、運動制御プログラム、目標運動設定プログラム、現在状態検出プログラム、及び、修正制御プログラムを含み、運動制御手段、目標運動設定手段、現在状態検出手段、及び、修正制御手段として機能する。 Computer 112A includes a motion control program, a target motion setting program, a current state detection program, and a correction control program, and functions as a motion control means, a target motion setting means, a current state detection means, and a correction control means.
運動制御プログラムは、操縦装置からの指令に基づいて、ドローン1を上昇・下降・ホバリング、前進・後退、右横移動・左横移動、上下軸(Z軸)回りに右回転・左回転させるためのプログラムである。目標運動設定プログラムは、目標運動をピッチ角とロール角と上下軸(Z軸)回りの角速度で定義するためのプログラムである。現在状態検出プログラムは、現在の運動状態をピッチ角とロール角と上下軸(Z軸)回りの角速度で検出するためのプログラムである。修正制御プログラムは、目標運動設定プログラムによって定義された目標運動と現在状態検出プログラムによって検出された現在の運動状態との偏差を求め、その偏差を小さくするように補正した信号を加減して修正制御するためのプログラムである。ドローン1は、これらのプログラムによって、以下の主制御及び補正制御を実施する。 The motion control program is a program for making the drone 1 ascend, descend, hover, move forward, backward, move laterally to the right or left, and rotate right or left around the vertical axis (Z-axis) based on commands from the control device. The target motion setting program is a program for defining the target motion in terms of pitch angle, roll angle, and angular velocity around the vertical axis (Z-axis). The current state detection program is a program for detecting the current motion state in terms of pitch angle, roll angle, and angular velocity around the vertical axis (Z-axis). The correction control program is a program for determining the deviation between the target motion defined by the target motion setting program and the current motion state detected by the current state detection program, and for corrective control by adding or subtracting a corrected signal to reduce the deviation. The drone 1 performs the following main control and correction control using these programs.
ドローン1は、操縦装置から、上昇指令を受信すると、第1の動力発生装置106Aを構成するモータ20a等について、目標回転速度信号nFR*、nFL*、nRR*、nRL*をnFR*=nFL*=nRR*=nRL*の関係を保って全体の目標回転速度を大きくする。これによりドローン1の機体は上昇する。 When drone 1 receives an ascent command from the control device, it increases the overall target rotational speed of the motors 20a and other components of the first power generating unit 106A by maintaining the relationship nFR* = nFL* = nRR* = nRL* for the target rotational speed signals nFR*, nFL*, nRR*, and nRL*. This causes the drone 1 to ascend.
上昇指令のときの目標回転速度信号nFR*、nFL*、nRR*、nRL*から計算した目標ピッチ角、目標ロール角、Z軸回りの目標角速度は全て0あり、位置センサS1(6軸センサ114AとGNSSによる測位)からの情報をS2で演算処理し、その演算処理によって求めた現在のピッチ角、現在のロール角、現在のZ軸回りの角速度は、全て0である場合には、第1の動力発生装置106Aを構成するモータ20a等の目標回転速度信号nFR*、nFL*、nRR*、nRL*は,そのまま、ESC120a等に入力される。これらの入力信号は、それぞれのESC120a等内部の加え合せ点S3,S4,S5及びS6に入力される。モータ20a等は、3相ブラシレスモータであり、それぞれのモータに角度センサ(ホール素子又はレゾルバ)が設けられ実際の回転角θが検出される。 When the target pitch angle, target roll angle, and target angular velocity around the Z axis calculated from the target rotation speed signals nFR*, nFL*, nRR*, and nRL* at the time of the ascending command are all 0, and the information from the position sensor S1 (positioning by the 6-axis sensor 114A and GNSS) is processed by S2, and the current pitch angle, current roll angle, and current angular velocity around the Z axis obtained by the processing are all 0. In this case, the target rotation speed signals nFR*, nFL*, nRR*, and nRL* of the motors 20a, etc. constituting the first power generating device 106A are input as is to the ESC 120a, etc. These input signals are input to the summing points S3, S4, S5, and S6 inside the ESC 120a, etc. The motors 20a, etc. are three-phase brushless motors, and each motor is provided with an angle sensor (hall element or resolver) to detect the actual rotation angle θ.
この回転角θはベクトル制御装置に入力され、回転角に応じて3相の巻線を順次通電しモータを回転制御する。また回転角θは、微分回路にて微分(dθ/dt)され求めた回転速度信号が、加え合せ点S3乃至S6にフィードバックされ、その偏差に基づいてモータはPID(Proportional-Integral-Differential)駆動される。その結果、目標回転速度信号nFR*、nFL*、nRR*、nRL*と実際のモータ回転速度nFR、nFL、nRR、nRLは等しくなるように制御される。このようにして、操縦装置からの指令に基づいて、コンピュータ112Aで生成された目標回転速度信号nFR*、nFL*、nRR*、nRL*でモータが駆動制御される。なお、本実施形態では、目標信号にモータ回転速度を用いているが、モータ電流を用いてもよい。その場合には、加え合せ点S3、S4、S5、S6へのフィードバック信号は、ベクトル制御で用いられるモータ電流信号になる。 This rotation angle θ is input to a vector control device, which sequentially energizes the three-phase windings according to the rotation angle to control the rotation of the motor. The rotation angle θ is also differentiated (dθ/dt) in a differentiation circuit, and the rotation speed signal obtained is fed back to summing points S3 to S6, and the motor is driven in a proportional-integral-differential (PID) manner based on the deviation. As a result, the target rotation speed signals nFR*, nFL*, nRR*, and nRL* are controlled to be equal to the actual motor rotation speeds nFR, nFL, nRR, and nRL. In this way, the motor is driven and controlled by the target rotation speed signals nFR*, nFL*, nRR*, and nRL* generated by the computer 112A based on commands from the control device. In this embodiment, the motor rotation speed is used as the target signal, but the motor current may also be used. In that case, the feedback signals to summing points S3, S4, S5, and S6 become the motor current signals used in vector control.
操縦者の意図する高さになって、ドローン1が上昇中止の指令信号を受信すると、目標回転速度信号は、nFR*=nFL*=nRR*=nRL*の状態を維持する。これがホバリングである。 When drone 1 reaches the pilot's intended height and receives a command signal to stop ascent, the target rotational speed signal will maintain the state nFR* = nFL* = nRR* = nRL*. This is hovering.
ドローン1は、操縦装置から下降の指令信号を受信すると、nFR*=nFL*=nRR*=nRL*として全体の値を小さくする。これにより、揚力が小さくなり機体が下降する。 When drone 1 receives a command signal to descend from the control device, it reduces the overall value by setting nFR* = nFL* = nRR* = nRL*. This reduces lift and causes the aircraft to descend.
ドローン1は、所定の高さでホバリングしているときに、所定の制御によって、Z軸(上下方向軸)を中心に左回転する。これは、nFR*=nRL*>nFL*=nRR*という関係で目標回転速度信号を生成することにより達成される。これらの目標回転速度信号によりモータの回転速度は、nFR=nRL>nFL=nRRという関係で駆動制御される。このときに、nFR、nRLで回転するモータ20a及び26aには、それぞれ、FRL、RLLという左回転させる方向の反力が作用し、nFL、nRRで回転するモータ22a、24aには、それぞれ、FLR、RRRという右回転させる方向の反力が作用する。それぞれ、FRL+RLL>FLR+RRRの関係が成り立つときに左回転のモーメントMZが発生して回転する。結局、nFR+nRL>nFL+nRRの関係が成り立てばよい。 When the drone 1 is hovering at a specified height, it rotates left around the Z axis (vertical axis) by a specified control. This is achieved by generating a target rotation speed signal with the relationship nFR* = nRL* > nFL* = nRR*. The rotation speed of the motor is driven and controlled by these target rotation speed signals with the relationship nFR = nRL > nFL = nRR. At this time, reaction forces FRL and RLL in the direction of left rotation act on the motors 20a and 26a rotating at nFR and nRL, respectively, and reaction forces FLR and RRR in the direction of right rotation act on the motors 22a and 24a rotating at nFL and nRR, respectively. When the relationship FRL + RLL > FLR + RRR holds, a left rotation moment MZ is generated and rotates. Ultimately, it is sufficient that the relationship nFR + nRL > nFL + nRR holds.
ドローン1が左回転中に、操縦装置から回転中止の指令信号を受信すると、目標回転速度信号をnFR*=nFL*=nRR*=nRL*のように生成し、ホバリング状態を維持するようにそれぞれのモータは駆動制御される。 When drone 1 receives a command signal from the control device to stop rotation while rotating left, a target rotation speed signal is generated such that nFR* = nFL* = nRR* = nRL*, and each motor is driven and controlled to maintain the hovering state.
操縦装置から、Z軸(上下方向軸)を中心に右回転する指令信号を受信すると、nFR*=nRL*<nFL*=nRR*という関係で目標回転速度信号を生成して、それぞれのモータ20a等を駆動制御する。 When a command signal to rotate clockwise around the Z axis (vertical axis) is received from the control device, a target rotation speed signal is generated with the relationship nFR* = nRL* < nFL* = nRR*, and the drive control of each motor 20a, etc. is performed.
ドローン1が所定の高さでホバリングしているときに、操縦装置から前進の指令信号を受信すると、nFR*=nFL*<nRR*=nRL*という関係の目標回転速度信号を生成する。これらの目標回転速度信号によりモータの回転速度は、nFR=nFL<nRR=nRLという関係でそれぞれのモータが駆動制御される。このときにドローン1の機体は、nFR=nFL<nRR=nRLの関係より、揚力差が機体の前後で発生し前傾姿勢になる、つまりY軸回りの反時計方向にピッチ角が発生する。このピッチ角が揚力に前進方向の分力を発生させることにより前進する。 When drone 1 is hovering at a specified height and receives a forward command signal from the control device, it generates a target rotational speed signal with the relationship nFR* = nFL* < nRR* = nRL*. These target rotational speed signals drive and control the rotational speed of each motor with the relationship nFR = nFL < nRR = nRL. At this time, due to the relationship nFR = nFL < nRR = nRL, a lift difference occurs at the front and rear of the drone 1 body, causing it to lean forward; in other words, a pitch angle occurs counterclockwise around the Y axis. This pitch angle generates a forward component force in the lift, causing it to move forward.
ドローン1が、操縦装置から前進中止の指令信号を受信すると、目標回転速度信号をnFR*=nFL*=nRR*=nRL*のように生成し、ホバリング状態を維持するようにそれぞれのモータは駆動制御される。 When drone 1 receives a command signal from the control device to stop moving forward, it generates a target rotational speed signal such that nFR* = nFL* = nRR* = nRL*, and each motor is driven and controlled to maintain the hovering state.
ドローン1が、操縦装置から後退の指令信号を受信すると、nFR*=nFL*>nRR*=nRL*という関係で目標回転速度信号を生成する。これらの目標回転速度信号によりモータの回転速度は、nFR=nFL>nRR=nRLという関係でそれぞれのモータが駆動制御される。このときにドローン1の機体は、nFR=nFL>nRR=nRLの関係より、揚力差が機体の前後で発生し後傾姿勢になる、つまりY軸回りの時計方向にピッチ角が発生する。このピッチ角が揚力に後進方向の分力を発生させることにより後進する。 When drone 1 receives a command signal to move backward from the control device, it generates a target rotational speed signal with the relationship nFR* = nFL* > nRR* = nRL*. These target rotational speed signals drive and control the rotational speed of each motor with the relationship nFR = nFL > nRR = nRL. At this time, due to the relationship nFR = nFL > nRR = nRL, a lift difference occurs between the front and rear of the drone 1 body, causing it to tilt backwards, in other words, a pitch angle occurs in the clockwise direction around the Y axis. This pitch angle generates a backward component force in the lift, causing it to move backwards.
ドローン1が所定の高さでホバリングしているときに、操縦装置から左横移動の命令信号を受信すると、nFL*=nRL*<nFR*=nRR*という関係の目標回転速度信号を生成する。これらの目標回転速度信号によりモータの回転速度は、nFL=nRL<nFR=nRRという関係でそれぞれのモータが駆動制御される。ドローン1の機体は、nFL=nRL<nFR=nRRの関係より、揚力差が機体の左右で発生し左下がりの傾斜姿勢になる、つまりX軸回りの時計方向にロール角が発生する。このロール角が揚力に左横移動方向の分力を発生させることにより左横移動する。 When drone 1 is hovering at a specified height and receives a command signal from the control device to move laterally to the left, it generates a target rotational speed signal with the relationship nFL* = nRL* < nFR* = nRR*. These target rotational speed signals drive and control the rotational speed of each motor with the relationship nFL = nRL < nFR = nRR. Due to the relationship nFL = nRL < nFR = nRR, a lift difference occurs on the left and right sides of the drone 1 body, causing it to tilt downward and to the left, in other words, a roll angle occurs in the clockwise direction around the X axis. This roll angle generates a component force in the lift in the direction of left lateral movement, causing it to move laterally to the left.
これに対して、ドローン1が操縦装置から右横移動の命令信号を受信すると、nFL*=nRL*>nFR*=nRR*という関係の目標回転速度信号を生成する。これらの目標回転速度信号によりモータの回転速度は、nFL=nRL>nFR=nRRという関係でそれぞれのモータが駆動制御される。ドローン1の機体は、nFL=nRL>nFR=nRRの関係より、揚力差が機体の左右で発生し右下がりの傾斜姿勢になる、つまりX軸回りの反時計方向にロール角が発生する。このロール角が揚力に右横移動方向の分力を発生させることにより右横移動する。 In response to this, when drone 1 receives a command signal from the control device to move laterally to the right, it generates a target rotational speed signal with the relationship nFL* = nRL* > nFR* = nRR*. These target rotational speed signals drive and control the rotational speed of each motor with the relationship nFL = nRL > nFR = nRR. Due to the relationship nFL = nRL > nFR = nRR, a lift difference occurs on the left and right sides of the drone 1 body, causing it to tilt downward to the right, in other words, a roll angle occurs in the counterclockwise direction around the X axis. This roll angle generates a component force in the lift in the direction of rightward movement, causing it to move laterally to the right.
上述のように、ドローン1は、操縦装置からの命令指令に基づいて、基本運動は主制御により、機体を上昇・下降・ホバリング、前進・後退、右横移動・左横移動させることができる。このときの目標回転速度信号は、操縦装置から受信するから、ドローン1において、時間のかかる複雑な計算や誤差の大きい積分演算を実施する必要が無い。このため、ドローン1は、応答性良く操縦者の意図に反応して飛行することができる。 As described above, the drone 1 can perform basic movements such as ascending, descending, hovering, moving forward, backward, and moving laterally to the right and left through primary control based on commands from the control device. The target rotational speed signal for this is received from the control device, so the drone 1 does not need to perform time-consuming, complex calculations or integral calculations with large errors. This allows the drone 1 to fly responsively in response to the pilot's intentions.
次に、ステップST6について図3及び図8を参照して説明する。ステップST6では、補正制御の信号を生成(演算)して主信号に加算する。 Next, step ST6 will be described with reference to Figures 3 and 8. In step ST6, a correction control signal is generated (calculated) and added to the main signal.
操縦装置から受信する命令信号だけでは、ドローン1の制御が難しいような場面、例えば、飛行中に予期せぬ突風や不測の事態に陥ったときには、図8の点線で示される補正制御が行われる。 In situations where it is difficult to control the drone 1 using only the command signals received from the control device, such as when an unexpected gust of wind or other unforeseen circumstances occur during flight, corrective control is performed as shown by the dotted lines in Figure 8.
ドローン1が進行方向に対して正面から突風を受けて、ピッチ角が突然大きくなると、目標ピッチ角と現在のピッチ角との間に差、つまり偏差が生じる。S9(図8参照)では、目標回転速度信号nFR*とnRL*から目標ピッチ角を求める。そして加え合せ点S10で、この目標ピッチ角と、位置センサS1から出力されるY軸回りのピッチ角速度信号を演算処理S2で積分計算して求めた現在のピッチ角との偏差を計算し、この偏差をもとにPID制御器S11でピッチ角補正信号を生成する。このピッチ角補正信号は、加え合せ点S12及びS13に入力される。これにより、ピッチ角が突然大きく、姿勢が大きく前傾すると、目標ピッチ角より現在のピッチ角が大きくなるので、偏差を小さくする方向の修正信号を生成し目標回転速度信号nFR*、nRL*に加算して、つまりnFR*、nRL*の目標値を大きく(小さく)なるように修正してピッチ角を目標に近づける。 When the drone 1 is hit by a gust of wind from the front in the direction of travel and the pitch angle suddenly increases, a difference, i.e., deviation, occurs between the target pitch angle and the current pitch angle. In S9 (see FIG. 8), the target pitch angle is calculated from the target rotational speed signals nFR* and nRL*. Then, in the summing point S10, the deviation between this target pitch angle and the current pitch angle calculated by integrating the pitch angle velocity signal around the Y axis output from the position sensor S1 in the arithmetic processing S2 is calculated, and a pitch angle correction signal is generated in the PID controller S11 based on this deviation. This pitch angle correction signal is input to the summing points S12 and S13. As a result, if the pitch angle suddenly increases and the attitude is tilted forward significantly, the current pitch angle becomes larger than the target pitch angle, so a correction signal in the direction of reducing the deviation is generated and added to the target rotational speed signals nFR* and nRL*, i.e., the target values of nFR* and nRL* are corrected to be larger (smaller) to bring the pitch angle closer to the target.
ドローン1が、横方向から突風を受けて、ロール角が突然大きくなると、目標ロール角と現在のロール角との間に偏差が生じる。S14では、目標回転速度信号nRR*とnRL*から目標ロール角を求める。そして加え合せ点S15で、この目標ロール角と、位置センサS1から出力されるX軸回りのロール角速度信号を演算処理S2で積分計算して求めた現在のロール角との偏差を計算し、この偏差をもとにPID制御器S16でロール角補正信号が生成される。このロール角補正信号は、加え合せ点S13及びS17に入力される。これにより、ロール角が突然大きく、左右の姿勢が大きく傾くと、目標ロール角より現在のロール角が大きくなるので、これにより発生する偏差を小さくするように、目標回転速度信号nFL*、nRL*のそれぞれに修目標正信号を加算して、つまり、nFL*、nRL*の目標値を大きく(又は小さく)なるように修正してロール角を目標に近づける。 When the drone 1 receives a gust of wind from the side and the roll angle suddenly increases, a deviation occurs between the target roll angle and the current roll angle. In S14, the target roll angle is calculated from the target rotation speed signals nRR* and nRL*. Then, in the summing point S15, the deviation between this target roll angle and the current roll angle calculated by integrating the roll angular velocity signal around the X-axis output from the position sensor S1 in the arithmetic processing S2 is calculated, and a roll angle correction signal is generated in the PID controller S16 based on this deviation. This roll angle correction signal is input to the summing points S13 and S17. As a result, if the roll angle suddenly increases and the left and right attitudes are significantly tilted, the current roll angle becomes larger than the target roll angle, so that the deviation generated by this is reduced by adding a correction target correction signal to each of the target rotation speed signals nFL* and nRL*, that is, the target values of nFL* and nRL* are corrected to be larger (or smaller) to bring the roll angle closer to the target.
ドローン1が、正面、あるいは横方向から突風を受けて、機体にZ軸回りの反時計方向の角速度が発生すると、目標角速度と現在の角速度との間に偏差が生じる。S18では、目標回転速度信号nFL*とnRR*からZ軸回りの目標角速度を求める。そして加え合せ点S19で、この目標角速度と、位置センサS1から出力されるZ軸回りの角速度信号を演算処理S2で波形整形した現在の角速度との偏差を計算し、この偏差をもとにPID制御器S20で角速度補正信号が生成される。この角速度補正信号は、加え合せ点S13及びS21に入力される。これにより、Z軸回りの角速度が発生しても、目標角速度より現在の角速度が大きくなるので、これにより発生する偏差を小さくするように、目標回転速度信なるように号nFL*、nRR*を修正してそれぞれに軸回りの角速度を目標に修正信号を加算して、つまり、nFL*、nRR*の目標値を大きく(又は小さく)なるように修正してZ軸回りの角速度を目標に近づける。 When drone 1 receives a gust of wind from the front or side, causing the aircraft to have a counterclockwise angular velocity around the Z axis, a deviation occurs between the target angular velocity and the current angular velocity. In S18, the target angular velocity around the Z axis is calculated from the target rotational speed signals nFL* and nRR*. Then, in summing point S19, the deviation between this target angular velocity and the current angular velocity obtained by shaping the angular velocity signal around the Z axis output from position sensor S1 in arithmetic processing S2 is calculated, and an angular velocity correction signal is generated in PID controller S20 based on this deviation. This angular velocity correction signal is input to summing points S13 and S21. As a result, even if an angular velocity occurs around the Z axis, the current angular velocity is greater than the target angular velocity, so to reduce the deviation that occurs as a result, the signals nFL* and nRR* are corrected to the target rotation speed signals, and correction signals are added to each of them with the angular velocity around the axis as the target; in other words, the target values of nFL* and nRR* are corrected to be larger (or smaller) to bring the angular velocity around the Z axis closer to the target.
ステップST7では、ステップST6で計算して求めたモータ回転速度信号をESC22a等に出力する。これにより、モータ20a等は、目標回転速度になるように駆動制御される。 In step ST7, the motor rotation speed signal calculated in step ST6 is output to the ESC 22a, etc. As a result, the motor 20a, etc. is controlled to rotate at the target rotation speed.
ステップST2に戻り、ステップST2乃至ST7を、スイッチOFFの操作が入力されるまで繰り返す。本実施形態の制御によれば、操縦装置からの指令信号によりモータの駆動信号を生成してドローン1を飛行させることを基本制御(主制御)にしているので制御の遅れが少なく安定した操縦が可能になる。また障害物などの回避操作に対しても遅れなく適切に回避させることができる。 Return to step ST2, and repeat steps ST2 to ST7 until the switch OFF operation is input. According to the control of this embodiment, the basic control (main control) is to fly the drone 1 by generating a drive signal for the motor in response to a command signal from the control device, so there is little control delay and stable control is possible. In addition, obstacles and other obstacles can be avoided appropriately without delay.
また突風のような外乱に対しては、ピッチ角、ロール角、Z軸回りの角速度の3つの変数で制御が可能になるので、従来のような6軸の変数を必要としない。特に高い応答性が要求される外乱制御に対して必要な位置センサの変数を1/2にできるので、機体の自動修正能力を大幅に向上させることができる。 In addition, disturbances such as gusts of wind can be controlled using three variables - pitch angle, roll angle, and angular velocity around the Z axis - eliminating the need for six-axis variables as in the past. This reduces the number of position sensor variables required for disturbance control, which requires particularly high responsiveness, by half, greatly improving the aircraft's automatic correction capabilities.
次に、ステップST4の故障診断ステップにおける本実施形態のドローン1の動作について、説明する。ドローン1は、第一の制御装置100A及び第二の制御装置100Bの故障診断が実施され、第一の制御装置100A及び第二の制御装置100Bのいずれにも故障がないと判断した場合には、上述のステップST5(図6参照)に基づく制御を実施する。これに対して、ドローン1は、第一の制御装置100A及び第二の制御装置100Bのいずれかに故障があると判断した場合には、第一の制御装置100A及び第二の制御装置100Bの双方に故障があるか否かを判断する。 Next, the operation of the drone 1 of this embodiment in the fault diagnosis step of step ST4 will be described. The drone 1 performs fault diagnosis on the first control device 100A and the second control device 100B, and if it is determined that there is no fault in either the first control device 100A or the second control device 100B, it performs control based on the above-mentioned step ST5 (see FIG. 6). In contrast, if the drone 1 determines that there is a fault in either the first control device 100A or the second control device 100B, it determines whether there is a fault in both the first control device 100A and the second control device 100B.
ドローン1は、第一の制御装置100A及び第二の制御装置100Bのいずれか一方に故障があると判断した場合には、故障がある第一の制御装置100Aまたは第二の制御装置100Bへの電力供給を遮断することにより、故障がない第一の制御装置100Aまたは第二の制御装置100Bの単独制御に切り替える。その後、ドローン1は、その場でホバリング状態を維持、または、帰還、あるいは、着陸する。帰還または着陸は、故障信号を受信した操縦装置からの指示によって行ってもよいし、自動的に帰還または着陸を実施するプログラムを実施するようにしてもよい。 When the drone 1 determines that there is a failure in either the first control device 100A or the second control device 100B, it switches to sole control of the first control device 100A or the second control device 100B that is not malfunctioning by cutting off the power supply to the malfunctioning first control device 100A or the second control device 100B. The drone 1 then maintains the hovering state on the spot, or returns or lands. The return or landing may be performed by instructions from the control device that received the failure signal, or a program that automatically performs the return or landing may be executed.
ドローン1は、第一の制御装置100A及び第二の制御装置100Bのどちらか、または双方に故障があると判断した場合には、第一の制御装置100Aと第二の制御装置100Bのどちらか、または双方の故障原因と深刻度を調査する。深刻度の基準は、故障診断プログラムに組み込んでおく。例えば、深刻度が小さい場合には深刻度0,最大の場合には深刻度10とし、故障原因ごとに深刻度を割り当てる。例えば、コンピュータ112Aまたは112Bにおいてモータ20a等のフル回転故障がある場合には、深刻度を10とし、いずれかの6軸センサ114の故障またはモータ20a等の回転数の低下は深刻度を3とするなどである。また、このときの故障原因とその故障原因の部位はコード化されコンピュータに記憶される。このコードは適宜外部テスタなどを接続することにより表示させることができる。 When the drone 1 determines that there is a failure in either or both of the first control device 100A and the second control device 100B, it investigates the cause and severity of the failure in either or both of the first control device 100A and the second control device 100B. The criteria for severity are built into the failure diagnosis program. For example, a severity level is assigned to each cause of failure, with a low severity level being 0 and a maximum severity level being 10. For example, if there is a full rotation failure of the motor 20a or the like in the computer 112A or 112B, the severity level is 10, and a failure of any of the six-axis sensors 114 or a decrease in the rotation speed of the motor 20a or the like is rated as a severity level of 3. In addition, the cause of the failure and the part of the cause of the failure are coded and stored in the computer. This code can be displayed by connecting an external tester or the like as appropriate.
例えば、深刻度が所定基準よりも小さく、例えば、深刻度3以下であれば、その原因である部位のみを使わない制御に切り替える。つまり故障した部位が、例えば6軸センサであれば上述の修正制御を行わないで制御する。これにより単独制御に切り替えず、第一の制御装置100A及び第二の制御装置100Bにおいて、故障のない部位、及び、深刻度が所定基準よりも小さい部位を使用して、飛行を続行することができる。 For example, if the severity is less than a predetermined standard, for example, severity level 3 or less, the control is switched to one that does not use only the part that is the cause. In other words, if the faulty part is, for example, a 6-axis sensor, control is performed without performing the above-mentioned correction control. This allows the first control device 100A and the second control device 100B to continue flying using parts that are not faulty and parts whose severity is less than the predetermined standard, without switching to single control.
上述のように、ドローン1は、第一の制御装置100Aと第二の制御装置100Bのいずれか一方に故障がある場合には、故障のない他方の制御装置による単独制御を行うことができる。また、ドローン1は、第一の制御装置100A及び第二の制御装置100Bの双方に故障がある場合でも、例えば深刻度が3以下であれば単独制御に切り替えずに制御を続行することができる。 As described above, if there is a failure in either the first control device 100A or the second control device 100B, the drone 1 can be controlled independently by the other control device that is not malfunctioning. Furthermore, even if there are failures in both the first control device 100A and the second control device 100B, the drone 1 can continue control without switching to independent control if, for example, the severity is 3 or less.
<第二の実施形態>
図9乃至図12を参照して、第二の実施形態について説明する。第一の実施形態と共通する事項は説明を省略し、第一の実施形態と異なる事項を中心に説明する。
Second Embodiment
The second embodiment will be described with reference to Figures 9 to 12. Descriptions of features common to the first embodiment will be omitted, and the following description will focus on features different from the first embodiment.
図9は、第二の実施形態のドローン1Aを示す概略斜視図である。図10は、ドローン1Aを上方から視た概略平面図である。ドローン1Aは、モータ組20をF:前方配置,22をsL:左方配置,24をr:右方配置及び26をR:後方配置によって形成される四角形の対角線上を前進(X1)・後退(X2)、右横移動(Y1)・左横移動(Y2)するように駆動制御される。このような移動を四角形の辺方向の移動に対して、「対角線移動」と呼ぶ。モータ組20,22,24及び26は、それらの回転軸を結ぶと、正方形になるように配置されている。なお、本実施形態とは異なり、回転軸を結ぶと、長方形またはひし形である矩形を構成するようにしてもよい。 Figure 9 is a schematic perspective view of drone 1A of the second embodiment. Figure 10 is a schematic plan view of drone 1A viewed from above. Drone 1A is driven and controlled to move forward (X1) and backward (X2) and move laterally to the right (Y1) and left (Y2) along the diagonal lines of a rectangle formed by motor group 20 arranged in the front (F), motor group 22 arranged in the left (sL), motor group 24 arranged in the right (r), and motor group 26 arranged in the rear (R). This type of movement is called "diagonal movement" in contrast to movement along the sides of the rectangle. Motor groups 20, 22, 24, and 26 are arranged so that their rotation axes, when connected, form a square. Note that, unlike this embodiment, the rotation axes may be connected to form a rectangle that is a rectangle or a rhombus.
図9及び図10に示すように、モータ組20において、モータ20aは時計回りの方向C1に回転し、モータ20bは反時計回りの方向C2に回転する。モータ20aとモータ20bの回転速度nF(図10参照)は同一である。このため、モータ組20において、モータ20aの回転による反力とモータ20bの回転による反力は相殺される。モータ組22、24及び26においても、上方のモータと下方のモータは、同一の回転速度、かつ、反対方向に回転する。 As shown in Figures 9 and 10, in motor set 20, motor 20a rotates in a clockwise direction C1, and motor 20b rotates in a counterclockwise direction C2. The rotation speeds nF (see Figure 10) of motors 20a and 20b are the same. Therefore, in motor set 20, the reaction force due to the rotation of motor 20a and the reaction force due to the rotation of motor 20b cancel each other out. In motor sets 22, 24, and 26, the upper motor and the lower motor also rotate at the same rotation speed but in opposite directions.
次に、図11を参照して、ドローン1Aの動作を説明する。図11中の実線は主制御、点線は補正制御である。なお、第一の動力発生装置106A(図4参照)を構成するモータ20a等と、第二の動力発生装置106B(図4参照)を構成するモータ20b等の制御は、モータの回転方向は反対方向である以外は、基本的に同一である。したがって、以下、第一の動力発生装置106A(図4参照)を構成するモータ20a等について説明し、第二の動力発生装置106Bを構成するモータ20b等についての説明を省略し、必要な部分についてのみ、第二の動力発生装置106Bについても説明する。 Next, the operation of drone 1A will be described with reference to FIG. 11. In FIG. 11, solid lines indicate main control, and dotted lines indicate correction control. Note that the control of motors 20a, etc. constituting first power generating device 106A (see FIG. 4) and motors 20b, etc. constituting second power generating device 106B (see FIG. 4) is basically the same, except that the motors rotate in opposite directions. Therefore, below, motors 20a, etc. constituting first power generating device 106A (see FIG. 4) will be described, and explanations of motors 20b, etc. constituting second power generating device 106B will be omitted, and only the necessary parts of second power generating device 106B will be described.
まず、実線の主制御について説明する。ドローン1Aは、操縦装置から上昇の命令信号を受信すると、各モータ組20、22,24及び26(図9参照)のモータ20a,22a、24a及び26aの目標の回転速度信号nF*、nR*、nr*、nsL*をnF*=nR*=nr*=nsL*の関係を保って全体の目標回転速度を大きくする。これによりモータ20a等の回転速度はnF=nR=nr=nsLを保って回転しドローン1Aを上昇させる。 First, we will explain the main control indicated by the solid line. When drone 1A receives a command signal to ascend from the control device, it increases the overall target rotational speed by maintaining the relationship nF* = nR* = nr* = nsL* of the target rotational speed signals nF*, nR*, nr*, nsL* of motors 20a, 22a, 24a, and 26a of each motor group 20, 22, 24, and 26 (see Figure 9). This causes motors 20a, etc. to rotate while maintaining the relationship nF = nR = nr = nsL, causing drone 1A to ascend.
ドローン1Aが上昇指令を受信したときの目標回転速度信号nFR*、nFL*、nRR*、nRL*から計算した目標ピッチ角、目標ロール角、Z軸回りの目標角速度は全て0あり、位置センサS1からの情報をS2で演算処理し求めた現在のピッチ角、現在のロール角、現在のZ軸回りの角速度が全て0である場合には、第1の動力発生装置106A(図4参照)を構成するモータ20a等の目標回転速度信号nF*、nR*、nr*、nsL*は,そのまま、ESC120a等に入力される。同様に、これらのESC120a等は、モータ20a等の回転速度nFR、nFL、nRR、nRLを目標回転速度信号nFR*、nFL*、nRR*、nRL*と等しくなるように制御する。 When drone 1A receives an ascent command, the target pitch angle, target roll angle, and target angular velocity around the Z axis calculated from the target rotational speed signals nFR*, nFL*, nRR*, and nRL* are all 0, and the current pitch angle, current roll angle, and current angular velocity around the Z axis obtained by processing information from position sensor S1 in S2 are all 0. In this case, the target rotational speed signals nF*, nR*, nr*, and nsL* of motors 20a, etc. constituting the first power generating device 106A (see FIG. 4) are input directly to ESC 120a, etc. Similarly, these ESCs 120a, etc. control the rotational speeds nFR, nFL, nRR, and nRL of motors 20a, etc. to be equal to the target rotational speed signals nFR*, nFL*, nRR*, and nRL*.
ドローン1Aは、飛行高度が操縦者の意図する高さになり、操縦装置から上昇停止の指令信号を受信すると、目標回転速度、nF*=nR*=nr*=nsL*の状態を維持することによりホバリングする。 When drone 1A reaches the flight altitude intended by the pilot and receives a command signal from the control device to stop ascent, it will hover by maintaining the target rotational speed, nF* = nR* = nr* = nsL*.
ドローン1Aは、下降の命令信号を受信すると、nF*=nR*=nr*=nsL*を維持して全体の値を小さくする。これにより揚力が小さくなり機体が下降する。 When drone 1A receives a command signal to descend, it reduces the overall value by maintaining nF* = nR* = nr* = nsL*. This reduces the lift force and the aircraft descends.
ドローン1Aは、所定の高さでホバリングしているときに、操縦装置から前進の命令信号を受信すると、nF*<nR*、nr*=nsL*という関係の目標回転速度信号を生成する。このとき、ドローン1Aの機体は、nF<nR、nr=nsLの関係より、揚力差が機体の前後で発生し前傾姿勢になる、つまりY軸回りの反時計方向にピッチ角が発生する。このピッチ角が揚力に前進方向の分力を発生させることにより前進する。 When drone 1A receives a forward command signal from the control device while hovering at a specified height, it generates a target rotational speed signal with the relationship nF*<nR*, nr*=nsL*. At this time, due to the relationship nF<nR, nr=nsL, a lift difference occurs at the front and rear of the drone 1A's body, causing it to lean forward, in other words, a pitch angle occurs counterclockwise around the Y axis. This pitch angle generates a forward component force in the lift, causing it to move forward.
ドローン1Aは、操縦装置から後退の命令信号を受信すると、nF*>nR*、nr*=nsL*という関係で目標回転速度信号を生成する。これらの目標回転速度信号によりモータの回転速度は、nF>nR、nr=nsLという関係でそれぞれのモータが駆動制御される。このとき、ドローン1Aの機体の前後で揚力差が発生し後傾姿勢になる、つまりY軸回りの時計方向にピッチ角が発生する。このピッチ角が揚力に後進方向の分力を発生させることにより後進する。 When drone 1A receives a command signal to move backward from the control device, it generates a target rotational speed signal with the relationship nF*>nR*, nr*=nsL*. These target rotational speed signals drive and control the rotational speed of each motor with the relationship nF>nR, nr=nsL. At this time, a lift difference occurs between the front and rear of the drone 1A's body, causing it to tilt backwards, in other words, a pitch angle occurs in the clockwise direction around the Y axis. This pitch angle generates a backward component force in the lift, causing it to move backwards.
ドローン1Aは、所定の高さでホバリングしているときに、左横移動の命令信号を受信すると、nr*>nsL*、nF*=nR*という関係の目標回転速度信号を生成する。このとき、ドローン1Aの機体の左右で発生し揚力差により左さがりの傾斜姿勢になる、つまりX軸回りの時計方向にロール角が発生する。このロール角が揚力に左横移動方向の分力を発生させることにより左横移動する。 When drone 1A receives a command signal to move laterally to the left while hovering at a specified height, it generates a target rotational speed signal where nr*>nsL* and nF*=nR*. At this time, the difference in lift generated on the left and right sides of drone 1A's body causes it to tilt to the left, meaning that a roll angle is generated in the clockwise direction around the X-axis. This roll angle generates a component force in the lift in the direction of left lateral movement, causing it to move laterally to the left.
逆に、ドローン1Aが、右横移動の命令信号を受信すると、nr*<nsL*、nF*=nR*という関係の目標回転速度信号を生成する。このとき、ドローン1Aの機体の左右で発生した揚力により右下がりの傾斜姿勢になる、つまりX軸回りの反時計方向にロール角が発生する。このロール角が揚力に右横移動方向の分力を発生させることにより右横移動する。 Conversely, when drone 1A receives a command signal to move laterally to the right, it generates a target rotational speed signal where nr* < nsL*, nF* = nR*. At this time, the lift generated on the left and right sides of drone 1A's body causes it to tilt downward to the right, meaning that a roll angle is generated in the counterclockwise direction around the X-axis. This roll angle generates a component force in the lift in the direction of rightward movement, causing it to move laterally to the right.
上述のように、ドローン1Aは、操縦装置からの指令に基づいて、基本の運動は、主制御により機体を上昇・下降・ホバリング、前進・後退、右横移動・左横移動させることができる。このときの目標回転速度信号の生成は、操縦装置から受信するので、ドローン1Aにおいて、時間のかかる複雑な計算や誤差の大きい積分演算を実施する必要が無いので、応答性良く操縦者の意図通りに飛行することができる。しかも、前進・後退、右横移動・左横移動を1組のモータの回転速度を変えるのみで変更できるので、応答性の良い安定な飛行が可能となる。 As described above, the drone 1A can perform basic movements such as ascending, descending, hovering, moving forward, backward, and moving laterally to the right and left through main control based on commands from the control device. The target rotational speed signal for this is generated by the control device, so the drone 1A does not need to perform time-consuming, complex calculations or integral calculations with large errors, allowing it to fly responsively and exactly as the pilot intends. Moreover, forward, backward, and moving laterally to the right and left can be changed simply by changing the rotational speed of a pair of motors, enabling stable flight with good responsiveness.
次に、図11の点線で示される補正制御について説明する。操縦装置からの命令信号に基づく飛行が難しいような場面、例えば、飛行中に予期せぬ突風や不測の事態に陥ったときには、図11の点線で示される補正制御が行われる。 Next, the correction control shown by the dotted line in Figure 11 will be explained. In situations where it is difficult to fly based on command signals from the control device, for example when an unexpected gust of wind or other unforeseen circumstances occur during flight, the correction control shown by the dotted line in Figure 11 is performed.
ドローン1Aが、正面から突風を受けて、ピッチ角が突然大きくなると、目標ピッチ角と現在のピッチ角との間に差、つまり偏差が生じる。S9では、目標回転速度信号nF*とnR*から目標ピッチ角を求める。そして加え合せ点S10で、この目標ピッチ角と、位置センサS1から出力されるY軸回りのピッチ角速度信号を演算処理S2で積分計算して求めた現在のピッチ角との偏差を計算し、この偏差をもとにPID制御器S11でピッチ角補正信号が生成される。このピッチ角補正信号は、加え合せ点S12に入力される。これにより、ピッチ角が突然大きく、姿勢が大きく前傾すると、目標ピッチ角より現在のピッチ角が大きくなるので、偏差を小さくする方向の修正信号を生成し目標回転速度信号nF*に加算して、つまりnF*の目標値を大きく(小さく)なるように修正してピッチ角を目標に近づける。 When drone 1A is hit by a gust of wind from the front and the pitch angle suddenly increases, a difference, i.e., deviation, occurs between the target pitch angle and the current pitch angle. In S9, the target pitch angle is calculated from the target rotation speed signals nF* and nR*. Then, in summing point S10, the deviation between this target pitch angle and the current pitch angle calculated by integrating the pitch angle velocity signal around the Y axis output from position sensor S1 in arithmetic processing S2 is calculated, and a pitch angle correction signal is generated in PID controller S11 based on this deviation. This pitch angle correction signal is input to summing point S12. As a result, if the pitch angle suddenly increases and the attitude tilts forward significantly, the current pitch angle becomes larger than the target pitch angle, so a correction signal in the direction of reducing the deviation is generated and added to the target rotation speed signal nF*, i.e., the target value of nF* is corrected to be larger (smaller) and the pitch angle is brought closer to the target.
ドローン1Aが横方向から突風を受けて、ロール角が突然大きくなると、目標ロール角と現在のロール角との間に偏差が生じる。S14では、目標回転速度信号nr*とnsL*から目標ロール角を求める。そして加え合せ点S15で、この目標ロール角と位置センサS1から出力されるX軸回りのロール角速度信号を演算処理S2で積分計算して求めた現在のロール角との偏差を計算し、この偏差をもとにPID制御器S16でロール角補正信号が生成される。このロール角補正信号は、加え合せ点S17に入力される。これにより、ロール角が突然大きく、左右の姿勢が大きく傾くと、目標ロール角より現在のロール角が大きくなるので、これにより発生する偏差を小さくするように、目標回転速度信号nsL*に修正信号を加算して、つまりnsL*の目標値を大きく(又は小さく)なるように修正してロール角を目標に近づける。 When drone 1A receives a gust of wind from the side and the roll angle suddenly increases, a deviation occurs between the target roll angle and the current roll angle. In S14, the target roll angle is calculated from the target rotation speed signals nr* and nsL*. Then, in summing point S15, the deviation between this target roll angle and the current roll angle calculated by integrating the roll angular velocity signal around the X-axis output from position sensor S1 in arithmetic processing S2 is calculated, and a roll angle correction signal is generated in PID controller S16 based on this deviation. This roll angle correction signal is input to summing point S17. As a result, if the roll angle suddenly increases and the left and right posture tilts significantly, the current roll angle becomes larger than the target roll angle, so a correction signal is added to the target rotation speed signal nsL* to reduce the deviation that occurs as a result, that is, the target value of nsL* is corrected to be larger (or smaller) to bring the roll angle closer to the target.
本実施形態の制御によれば、操縦装置からの命令信号によりモータの駆動信号を生成して飛行させることを基本制御(主制御)にしているので制御の遅れが少なく安定した操縦が可能になる。また障害物などの回避操作に対しても遅れなく適切に回避させることができる。ドローン1Aは、対角線方向に前進・後退、左右の横移動を実施するから、従来の辺方向に移動するより、モータ間の距離を長く確保でき、水平方向に自分で復帰するためのモーメントを大きくできる効果を有する。例えば、図12に示すように、突然横風力Pが作用してモーメントMPが発生してもLが十分長ければ揚力差F1-F2を発生させる制御をしなくても姿勢を安定化できる、つまり、突風などの外乱にも構造的にタフネスを向上でき、しかも、1組のモータの回転速度を変えるのみで修正できるので、応答性の良い安定な飛行が可能になる。 According to the control of this embodiment, the basic control (main control) is to generate a drive signal for the motor and fly it according to a command signal from the control device, so there is little delay in control and stable control is possible. In addition, it is possible to appropriately avoid obstacles and the like without delay. Since the drone 1A moves forward and backward in a diagonal direction and laterally to the left and right, it is possible to ensure a longer distance between the motors than when moving in a conventional side direction, and it has the effect of being able to increase the moment for returning to the horizontal direction by itself. For example, as shown in FIG. 12, even if a crosswind force P suddenly acts and a moment MP is generated, if L is sufficiently long, the attitude can be stabilized without control to generate a lift difference F1-F2, that is, the structural toughness can be improved even against disturbances such as gusts of wind, and moreover, it can be corrected by simply changing the rotation speed of one pair of motors, so stable flight with good response is possible.
ドローン1Aの故障判断プログラムは、第一の実施形態のドローン1の故障判断プログラムと基本的には同一であるが、第一の制御装置100Aまたは第二の制御装置100Bのいずれか一方の単独制御に切り替えたときに、対角線移動を停止し、第一の実施形態のドローン1と同様の辺方向への移動に切り替えるように構成されている点が異なる。このため、ドローン1Aは、対角線移動のためのプログラムと、辺方向への移動のためのプログラムの双方をコンピュータ112A及び112Bに記憶している。 The failure judgment program of drone 1A is basically the same as the failure judgment program of drone 1 of the first embodiment, but differs in that it is configured to stop diagonal movement and switch to movement in the side direction similar to drone 1 of the first embodiment when switching to independent control of either first control device 100A or second control device 100B. For this reason, drone 1A stores both a program for diagonal movement and a program for movement in the side direction in computers 112A and 112B.
ドローン1Aは、第一の制御装置100Aまたは第二の制御装置100Bのいずれかに故障がある場合、故障した第一の制御装置100Aまたは第二の制御装置100Bによる制御が停止され、故障していない第一の制御装置100Aまたは第二の制御装置100Bの単独制御に変更する。ドローン1Aは、第一の制御装置100A及び第二の制御装置100Bの双方に故障がある場合には、故障の深刻度が双方において、例えば3以下であれば、双方による制御で飛行を可能にし、どちらかが3を超えれば、相対的に小さい制御装置による単独制御に切り替える。そして、単独制御においては、対角線移動を停止し、辺方向への移動へ切り替える。 When there is a failure in either the first control device 100A or the second control device 100B, the drone 1A stops control by the failed first control device 100A or second control device 100B and switches to sole control by the non-failed first control device 100A or second control device 100B. When there are failures in both the first control device 100A and the second control device 100B, if the severity of the failure is, for example, 3 or less in both, the drone 1A allows flight by control by both, but if either exceeds 3, it switches to sole control by the relatively smaller control device. Then, under sole control, diagonal movement is stopped and switching to movement in the side direction.
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。また、各実施形態及び変形例は、矛盾が生じない限り、適宜、組み合わせることができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes modifications and improvements that can achieve the object of the present invention. Furthermore, the embodiments and modifications can be combined as appropriate, provided no contradictions arise.
1,1A ドローン
100A 第一の制御装置
100B 第二の制御装置
102A 第一の通信装置
102B 第二の通信装置
104A 第一の制御駆動装置
104B 第二の制御駆動装置
106A 第一の動力発生装置
106B 第二の動力発生装置
1, 1A Drone 100A First control device 100B Second control device 102A First communication device 102B Second communication device 104A First control drive device 104B Second control drive device 106A First power generation device 106B Second power generation device
Claims (8)
第一の通信装置と第一の制御駆動装置と第一の動力発生装置を含む第一の制御装置と、
前記第一の制御装置の故障を診断する第一の故障診断装置と、
第二の通信装置と第二の制御駆動装置と第二の動力発生装置を含む第二の制御装置と、
前記第二の制御装置の故障を診断する第二の故障診断装置と、を備え、
前記第一の故障診断装置が前記第一の制御装置の故障を検出せず、かつ、前記第二の故障診断装置が前記第二の制御装置の故障を検出しないときには、前記第一の制御装置及び前記第二の制御装置によって飛行する制御を行い、
前記第一の故障診断装置が前記第一の制御装置の故障を検出したときには、前記第一の制御装置を停止し、前記第二の制御装置によって飛行する制御を行い、
前記第二の故障診断装置が前記第二の制御装置の故障を検出したときには、前記第二の制御装置を停止して前記第一の制御装置によって飛行する制御を行う、ドローン。 A drone capable of flying by receiving command signals from an external control device,
a first control device including a first communication device, a first control drive device, and a first power generating device;
a first fault diagnosis device for diagnosing a fault in the first control device;
a second control device including a second communication device, a second control drive device, and a second power generating device;
a second fault diagnosis device for diagnosing a fault in the second control device ,
When the first fault diagnosis device does not detect a fault in the first control device and the second fault diagnosis device does not detect a fault in the second control device, flight control is performed by the first control device and the second control device;
When the first fault diagnosis device detects a fault in the first control device, the first control device is stopped and flight control is performed by the second control device;
When the second fault diagnosis device detects a fault in the second control device, the second control device is stopped and the drone is controlled to fly using the first control device.
前記第一の制御駆動装置は、少なくとも前記第一モータ駆動装置に前記第一リレー装置を介して電力を供給し、前記第一の故障診断装置が前記第一の制御装置の故障を検出したときに前記第一リレー装置を介して少なくとも前記第一モータ駆動装置への電力供給を停止し、
前記第二の制御駆動装置は、第二バッテリと第二モータ駆動装置(ESC)と第二リレー装置を備え、
前記第二の制御駆動装置は、少なくとも前記第二モータ駆動装置に前記第二リレー装置を介して電力を供給し、前記第二の故障診断装置が前記第二の制御装置の故障を検出したときに前記第二リレー装置を介して少なくとも前記第二モータ駆動装置への電力供給を停止する、
請求項1に記載のドローン。 the first control drive device includes a first battery, a first motor drive device (ESC), and a first relay device;
the first control drive device supplies power to at least the first motor drive device via the first relay device, and when the first fault diagnosis device detects a fault in the first control device, stops the supply of power to at least the first motor drive device via the first relay device;
the second control drive device includes a second battery, a second motor drive device (ESC) and a second relay device;
the second control drive device supplies power to at least the second motor drive device via the second relay device, and stops the supply of power to at least the second motor drive device via the second relay device when the second fault diagnosis device detects a fault in the second control device;
The drone of claim 1 .
目標運動をピッチ角とロール角と上下軸(Z軸)回りの角速度で定義する目標運動設定手段と、
現在の運動状態をピッチ角とロール角と上下軸(Z軸)回りの角速度で検出する現在状態検出手段と、を有し、
前記目標運動設定手段によって定義された前記目標運動と前記現在状態検出手段によって検出された前記現在の運動状態との偏差を求め、前記偏差を小さくするように補正した信号を加減して修正制御する修正制御手段を有する、請求項1に記載のドローン。 A motion control means for ascending, descending, hovering, moving forward, retreating, moving laterally to the right, moving laterally to the left, and rotating right and left around a vertical axis (Z-axis) based on commands from the control device;
a target motion setting means for defining a target motion by a pitch angle, a roll angle, and an angular velocity around a vertical axis (Z-axis);
a current state detection means for detecting a current motion state by a pitch angle, a roll angle, and an angular velocity around a vertical axis (Z axis);
The drone described in claim 1, further comprising a correction control means for calculating a deviation between the target motion defined by the target motion setting means and the current motion state detected by the current state detection means, and for performing correction control by adding or subtracting a corrected signal so as to reduce the deviation.
前記4つのモータは、平面視において、前記4つのモータの回転軸を結ぶと長方形または正方形である矩形を構成するように配置され、
前記矩形の対角線上に配置されたそれぞれの前記モータをFR(前方右側のモータ)、FL(前方左側のモータ)、RR(後方右側のモータ)、RL(後方左側のモータ)とし、それぞれの回転速度をnFR,nFL,nRR,nRLとするとき、前記操縦装置から前記命令信号に基づいて、上昇時には、それぞれの前記モータの回転速度をnFR=nFL=nRR=nRLの関係を維持しながらより大きくするように駆動制御し、下降時には、前記操縦装置からの前記命令信号に基づいて、nFR=nFL=nRR=nRLの関係を維持しながら回転速度をより小さくするように駆動制御し、前進時にはnFR=nFL<nRR=nRLとなる関係を維持しながらnFRとnFLをより小さくして前進速度を大きくするように駆動制御し、後退時には、nFR=nFL>nRR=nRLとなる関係を維持しながらnFR=nFLをより大きくして後進速度を大きくするように駆動制御し、右横移動時には、nFR=nRR<nFL=nRLとなる関係を維持しながらnFLとnRLをより大きくして右横移動速度を大きくするように駆動制御し、左横移動時には、nFR=nRR>nFL=nRLとなる関係を維持しながらnFLとnRLをより小さくして左横移動速度を大きくするように駆動制御し、上下方向の軸(Z軸)回りを右回転させるときには、nFR=nRL<nFL=nRRとなる関係を維持しながらnFLとnRRをより大きくして右回転速度を大きくするように駆動制御し、左回転させるときには、nFR=nRL>nFL=nRRとなる関係を維持しながらnFLとnRRをより小さくして左回転速度を大きくするように駆動制御する運動制御手段と、
前記操縦装置からの前記命令信号に基づいて目標ピッチ角と目標ロール角と上下方向(Z)軸回りの目標角速度を求める目標運動設定手段と、
前記制御駆動装置内に配置された位置センサ(6軸センサ、又は6軸センサとGNSS、又はGNSS)と、
前記位置センサからの出力値から求めた現在のピッチ角とロール角と上下方向(Z)軸回りの角速度を求める現在状態検出手段と、
前記目標運動設定手段と前記現在状態検出手段とのそれぞれのデータを比較して、それぞれの偏差を求め、これらの偏差を小さくするように、ピッチ角はnFRとnFLを、ロール角は、nFLとnRLで、回転角速度は、nFLとnRRを、それぞれ補正した信号を加減して修正制御する修正制御手段と、
を有する、請求項1に記載のドローン。 the first power generating device and the second power generating device each include at least four motors;
the four motors are arranged such that, in a plan view, a rectangle is formed by connecting rotation axes of the four motors, the rectangle being a rectangle or a square;
The motors arranged on the diagonals of the rectangle are designated FR (front right motor), FL (front left motor), RR (rear right motor), and RL (rear left motor), and the rotational speeds of the motors are designated nFR, nFL, nRR, and nRL. Based on the command signal from the control device, the rotational speeds of the motors are controlled to be increased while maintaining the relationship nFR=nFL=nRR=nRL during ascent, and are controlled to be decreased while maintaining the relationship nFR=nFL=nRR=nRL during descent, based on the command signal from the control device. When moving forward, nFR and nFL are decreased while maintaining the relationship nFR=nFL<nRR=nRL, and the forward speed is increased. When moving backward, nFR=nFL>nRR=nRL. a motion control means for controlling the vehicle to drive and control so that nFR=nFL is increased to increase the reverse speed while maintaining the relationship nFR=nRR<nFL=nRL, for right lateral movement, driving and controlling so that nFL and nRL are increased to increase the right lateral movement speed while maintaining the relationship nFR=nRR<nFL=nRL, for left lateral movement, driving and controlling so that nFL and nRL are decreased to increase the left lateral movement speed while maintaining the relationship nFR=nRR>nFL=nRL, for right rotation about a vertical axis (Z-axis), driving and controlling so that nFL and nRR are increased to increase the right rotation speed while maintaining the relationship nFR=nRL<nFL=nRR, and for left rotation, driving and controlling so that nFL and nRR are decreased to increase the left rotation speed while maintaining the relationship nFR=nRL>nFL=nRR;
a target motion setting means for determining a target pitch angle, a target roll angle, and a target angular velocity about a vertical (Z) axis based on the command signal from the control device;
A position sensor (6-axis sensor, or 6-axis sensor and GNSS, or GNSS) arranged in the control drive device;
a current state detection means for detecting a current pitch angle, a current roll angle, and an angular velocity around a vertical (Z) axis from an output value of the position sensor;
a correction control means for comparing the data of the target motion setting means with the data of the current state detection means to obtain respective deviations, and correcting and controlling the pitch angles nFR and nFL, the roll angles nFL and nRL, and the rotational angular velocities nFL and nRR by adding or subtracting corrected signals so as to reduce these deviations;
The drone of claim 1 .
前記4組は、平面視において、前記4組のモータの回転軸を結ぶと長方形、正方形またはひし形である矩形を構成するように配置され、
前記1組における2つの前記モータは互いに逆方向に同一の回転速度で回転するように構成され、
前記第一の制御駆動装置及び前記第二の制御駆動装置は、前記ドローンを前記矩形の対角線方向に前進・後退、横移動させるように構成されている、
請求項1に記載のドローン。 each of the first power generating device and the second power generating device includes at least four motors, each of which includes two motors whose rotation axes are arranged on the same line;
the four sets are arranged such that, when viewed in plan, connecting the rotation shafts of the four sets of motors forms a rectangle that is a rectangle, a square, or a rhombus;
The two motors in the set are configured to rotate in opposite directions at the same rotational speed;
The first control drive device and the second control drive device are configured to move the drone forward, backward, and laterally in a diagonal direction of the rectangle.
The drone of claim 1 .
前記制御駆動装置内に配置される位置センサ(6軸センサ、又は6軸センサとGNSS、又はGNSS)と、
前記位置センサの出力値から求めた現在のピッチ角とロール角を求める現在状態検出手段と、
前記目標運動設定手段と前記現在状態検出手段とのそれぞれのデータを比較して、それぞれの偏差を求め、これらの偏差を小さくするように、ピッチ角はnFを、ロール角はnsLを、それぞれ補正した信号を加減して修正制御する修正制御手段と、
を有する請求項7に記載のドローン。 a target motion setting means for determining a target pitch angle, a target roll angle, and a target angular velocity about a vertical (Z) axis based on the command signal from the control device;
A position sensor (6-axis sensor, or 6-axis sensor and GNSS, or GNSS) arranged in the control drive device;
a current state detection means for detecting a current pitch angle and a current roll angle from an output value of the position sensor;
a correction control means for comparing the data from the target motion setting means with the data from the current state detection means to obtain the deviations between the data and correcting and controlling the pitch angle nF and the roll angle nsL by adding or subtracting corrected signals so as to reduce the deviations;
The drone of claim 7 .
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