CN116507554A - 无人飞行器控制装置以及存储介质 - Google Patents

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CN116507554A CN202180076562.2A CN202180076562A CN116507554A CN 116507554 A CN116507554 A CN 116507554A CN 202180076562 A CN202180076562 A CN 202180076562A CN 116507554 A CN116507554 A CN 116507554A
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Abstract

在工厂中构建有无线LAN。工厂的机械设备(4)具备短距离无线通信部(41)。无人飞行器(2)存储有将工厂的3维地图或2维地图分割后的区域、在各区域中无人飞行器(2)应该连接的无线站。无人飞行器(2)根据3维地图或2维地图上的自身位置所在的区域来切换连接的无线站。

Description

无人飞行器控制装置以及存储介质
技术领域
本发明涉及在工厂内工作的无人飞行器以及计算机能够读取的存储介质。
背景技术
在专利文献1中公开了一种机器人***，其具备：机器人；机器人控制装置，其控制机器人；示教装置，其根据操作员的示教输入将机器人的示教信号发送给机器人控制装置；无人飞行器，其具备拍摄装置；以及飞行控制部，其在机器人按照示教信号进行动作的期间，基于示教信号来控制无人飞行器的飞行，以使拍摄装置继续取得示教所需的物体的图像。
通常，在生产现场，出于安全方面的考虑，机器人有时在栅栏内使用。专利文献1的机器人***在机器人动作的期间，基于控制机器人的示教信号来控制无人飞行器的飞行，由此即使在操作员难以从栅栏外直接视觉辨认机器人的动作的环境下，也能够进行机器人的示教。
以往，为了仓库的库存管理、工厂的状态监视而灵活运用无人飞行器(无人机)的事例增加。无人飞行器是飞行物体，移动区域灵活，因此期待新的灵活运用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2020-142326号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在制造现场，期望灵活运用无人飞行器的技术。
用于解决课题的手段
作为本公开的一个方式的无人飞行器是在工厂内飞行的无人飞行器，所述无人飞行器具备：第一无线通信部，其与机械设备进行短距离无线通信；第二无线通信部，其进行通信距离比短距离无线通信长的无线通信；机械设备选择部，其判定是否是事先选择为通信对象的机械设备；以及无线站切换部，其检测在工厂内飞行的无人飞行器的自身位置处于所选择的机械设备的附近，将连接切换到安装于机械设备的短距离无线通信的无线站。
作为本公开的一个方式的存储介质存储计算机能够读取的命令，由具备与机械设备进行短距离无线通信的第一无线通信部和进行通信距离比短距离无线通信长的无线通信的第二无线通信部的无人飞行器的一个或多个处理器执行所述命令，来进行如下处理：判定是否是事先选择为通信对象的机械设备；检测在工厂内飞行的无人飞行器的自身位置位于所选择出的机械设备的附近；以及使连接切换到安装于机械设备的短距离无线通信的无线站。
发明效果
根据本发明的一个方式，能够灵活运用无人飞行器。
附图说明
图1是无人飞行器控制***的概念图。
图2是无人飞行器的硬件结构图。
图3是PC的硬件结构图。
图4是第一公开的无人飞行器控制***的框图。
图5是表示存储在无线切换区域存储部中的数据的一例的图。
图6是说明第一公开的无人飞行器控制***的动作的流程图。
图7是第二公开的无人飞行器控制***的框图。
图8是说明第二公开的无人飞行器控制***的动作的流程图。
图9是表示无人飞行器的飞行路径的一例的图。
具体实施方式
[第一公开]
图1是无人飞行器控制***100的概念图。
无人飞行器控制***100具备：1台或多台无人飞行器2；个人计算机(PC)1，其制作无人飞行器2的飞行计划；无线通信装置3，其对无人飞行器2与PC1的通信进行中介；以及机械设备4，其进行短距离无线通信。
无人飞行器控制***100设置于配置有多个机械设备4的工厂等的空间。机械设备4有机床、机器人、空调设备、换气设备、防火排烟设备、检查设备、配管设备、净化室设备等，但没有特别限定。
无人飞行器控制***100的PC1只要是服务器、便携终端那样的信息处理装置即可，没有特别限定。
机械设备4也可以与工厂的无线LAN(Local Area Network：局域网)连接。在该情况下，能够经由机械设备4的短距离无线通信，将PC1制作出的飞行计划向无人飞行器2输出，来控制无人飞行器2。
无人飞行器2具有图2那样的硬件结构。无人飞行器2所具备的CPU211是整体地控制无人飞行器2的处理器。CPU211经由总线读出存储在ROM212中的***程序，并按照该***程序控制无人飞行器2整体。RAM213临时存储临时的计算数据、从外部输入的各种数据等。
非易失性存储器214例如由利用未图示的电池进行备份的存储器等构成，即使无人飞行器2的电源221断开也保持存储状态。在非易失性存储器214中存储从外部设备(省略图示)读入的数据、经由网络从通信装置取得的数据等。存储于非易失性存储器214的数据也可以在无人飞行器2的执行时/利用时在RAM213中展开。另外，在ROM212中预先写入有公知的程序等各种***程序。
传感器215是加速度传感器、角速度传感器、电子罗盘、气压传感器、距离传感器等。电子罗盘通过磁力取得无人飞行器的方向。距离传感器例如是LIDAR(Light Detectionand Ranging：光探测和测距)传感器，测定相对于以脉冲状发光的激光照射的散射光。
搭载于无人飞行器2的CPU211例如作为飞行控制器、配套控制器发挥功能。CPU211不一定是1个，也可以根据功能而搭载多个CPU211。作为飞行控制器的CPU211基于从传感器215取得的信息适当地控制机体的姿势和位置。CPU211基于加速度传感器取得的无人飞行器2的速度的变化量来计算无人飞行器2的倾斜、动作，基于从角速度传感器取得的无人飞行器2的旋转速度的变化量来计算无人飞行器2的倾斜、朝向的变化，根据从气压传感器取得的空气的压力来计算无人飞行器2的高度。
作为配套控制器的CPU211还基于LIDAR传感器取得的散射光的值来计算2维或3维的点群数据。点群数据成为无人飞行器2的周围的环境地图。CPU211也能够通过将点群彼此匹配来逐次推定无人飞行器2的移动量。通过对移动量进行累计，能够推定自身位置。另外，在无人飞行器2的自身位置的推定中，也可以组合LIDAR传感器的点群数据和从加速度传感器、角速度传感器取得的值。
此外，也可以代替LIDAR传感器而使用红外线传感器、超声波传感器、基于电波的雷达传感器作为距离传感器。也可以代替LIDAR传感器而将照相机、图像传感器用作距离传感器。在使用照相机的情况下，也可以并用AR标记、AR标签、QR码(注册商标)等。作为不使用距离传感器的例子，还有利用信标来推定自身位置的方法。在本公开中，对于无人飞行器2的自身位置推定方法没有特别限定。
图像处理部216将照相机217所拍摄到的图像转换成适当的数据，并且将该数据输出至CPU211。无人飞行器2的照相机217主要拍摄用户所选择的机械设备4。由此，能够掌握显示于机械设备4所具备的计量仪器的值、机械设备4的动作状态等工厂的运转状态。
无线通信部218具备无线LAN通信部222和短距离无线通信部223。
无线LAN通信部222例如是Wi-Fi(注册商标)的无线站。无线LAN通信部222进行与无线通信装置3的通信。无线通信装置3的可通信区域包含工厂整体(或者无人飞行器2的飞行路径整体)。
短距离无线通信部223例如是Bluetooth(注册商标)的无线站。无人飞行器2的短距离无线通信部223进行与组装于机械设备4的短距离无线通信部41的通信。
ESC(Electric Speed Controller：电动调速器)219也被称为放大器，安装于各螺旋桨。ESC219按照来自CPU211的指示来控制电动机的转速。通过控制螺旋桨的转速，在螺旋桨220的上下产生气压差，通过该气压差产生升力，无人飞行器2飞行。升力是指以上推无人飞行器2的方式向上作用的力。无人飞行器2能够通过改变螺旋桨220的转速来改变速度、移动方向。
无人飞行器2通过控制螺旋桨220的转速来进行悬停(升力与重力相等)、上升(4个电动机的转速变高)、下降(4个电动机的转速变低)、前后左右移动(与行进方向相反的2个螺旋桨的转速变高而向行进方向移动)、左转弯(右旋转的螺旋桨的转速变高)、右转弯(左旋转的螺旋桨的转速变高)等动作。
PC1具有图3所示的硬件结构。
PC1所具备的CPU111是整体地控制PC1的处理器。CPU111经由总线122读取存储在ROM112中的***程序，并且按照该***程序控制整个PC1。在RAM113中临时存储临时的计算数据、显示数据、以及从外部输入的各种数据等。
非易失性存储器114例如由利用未图示的电池进行备份的存储器、SSD(SolidState Drive：固态硬盘)等构成，即使PC1的电源断开也保持存储状态。在非易失性存储器114中存储经由接口115从外部设备125读入的数据、经由输入部124输入的数据、经由无线通信装置从无人飞行器取得的数据等。存储在非易失性存储器114中的数据可以在执行时/使用时在RAM113中展开。另外，在ROM112中预先写入有公知的程序等各种***程序。
在显示部123上，经由接口117输出并显示读入到存储器上的各数据、作为执行程序等的结果而得到的数据等。另外，由键盘、指示设备等构成的输入部124将程序员的输入经由接口118传递给CPU111。
图4是无人飞行器控制***100的框图。无人飞行器控制***100具备1台或多台无人飞行器2、制作无人飞行器2的飞行计划的个人计算机(PC)1、作为无线LAN的接入点的无线通信装置3、作为短距离无线通信的无线站的机械设备4。
PC1具有：自身位置取得部11，其取得无人飞行器2的自身位置；环境地图取得部12，其取得无人飞行器2的环境地图；映射部13，其将无人飞行器2的自身位置映射到3维地图；飞行计划制作部14，其制作无人飞行器2的飞行计划；以及飞行计划输出部15，其向无人飞行器2输出飞行计划。
自身位置取得部11经由无线通信装置3取得无人飞行器2的自身位置。无人飞行器2的自身位置是无人飞行器2基于加速度、角速度传感器、距离传感器的值而计算出的无人飞行器2的位置。
环境地图取得部12经由无线通信装置3取得无人飞行器2的环境地图。环境地图是无人飞行器2的周围的点群数据。环境地图基于距离传感器的值等制作。此外，无人飞行器2的自身位置也能够使用信标、Wi-Fi等的电波的强弱来推定。在使用了信标、Wi-Fi的电波的情况下，能够根据电波来掌握无人飞行器2的坐标，因此不一定需要环境地图。在制作了环境地图的情况下，能够实时地取得无人飞行器2周围的状况，能够检测出非预期的障碍物等。
映射部13基于特征点等进行无人飞行器2的环境地图与3维地图的对应，将无人飞行器2的自身位置映射到3维地图的坐标系。飞行计划制作部14制作无人飞行器2的飞行计划。
飞行计划输出部15经由无线通信装置3的无线LAN向无人飞行器2输出飞行计划。飞行计划中包含无人飞行器2在3维地图上的自身位置。也可以在无人飞行器2的非易失性存储器214中存储飞行计划。飞行计划也可以包括飞行开始时间等。
无人飞行器2具备：自身位置推定部21，其推定自身位置；环境地图制作部22，其制作无人飞行器2周围的环境地图；飞行计划取得部23，其取得无人飞行器2的飞行计划；自主飞行部24，其按照飞行计划、移动指令进行自主飞行；无线LAN通信部222，其进行无线LAN通信；短距离无线通信部223，其进行与各机械设备4的无线通信；无线切换区域存储部25，其存储表示无线的切换的边界的区域；无线站切换部26，其切换无线站；以及机械设备选择部29，其选择事先选择出的基站。
自身位置推定部21基于加速度传感器所取得的无人飞行器2的速度的变化量来计算无人飞行器2的倾斜、动作，基于从角速度传感器取得的无人飞行器2的旋转速度的变化量来计算无人飞行器2的倾斜、朝向的变化，根据从气压传感器取得的空气的压力来计算无人飞行器2的高度，计算自身的移动量。另外，自身位置推定部21通过匹配环境地图来逐次推定无人飞行器2的移动量。通过对移动量进行累计来推定自身位置。
环境地图制作部22还基于LIDER传感器所取得的错乱光的值来计算2维或3维的点群数据。点群数据成为无人飞行器2周围的环境地图。
飞行计划取得部23从无线通信装置3或者机械设备4取得飞行计划。飞行计划中包含无人飞行器2在3维地图上的自身位置。
无线LAN通信部222例如是Wi-Fi(注册商标)适配器。无线LAN通信部222进行与无线通信装置3的通信。无线通信装置3的可通信区域包含工厂整体(或者无人飞行器2的飞行路径整体)。
短距离无线通信部223例如是Bluetooth(注册商标)适配器。无人飞行器2的短距离无线通信部223进行与组装于机械设备4的短距离无线通信部41的通信。
无线切换区域存储部25存储有将工厂的3维地图或2维地图分割后的区域、在各区域中无人飞行器2应该连接的无线站。例如，如图5所示，无线切换区域存储部25的“区域1”存储“无线LAN”，“区域2”存储“短距离无线站(装置ID)”等。
无线站切换部26参照无线切换区域存储部25，检测存在于无人飞行器2在3维地图或2维地图上的自身位置所在的区域的无线站。
机械设备选择部29判定存在于无人飞行器2所在的区域的无线站是否安装于事先选择的机械设备4。在事先选择的机械设备中安装有无线站的情况下，进行无线站的切换。在未事先选择的机械设备中安装有无线站的情况下，不进行无线站的切换。
此外，机械设备4的选择既可以在自主飞行前进行，也可以在自主飞行中进行。
另外，机械设备4的选择可以通过人工输入，也可以由外部***等的信息处理装置输入。例如，在无人机基于外部程序进行定期作业的情况下，也可以自动地选择在程序内指定的机械设备4。另外，在基于路径计算算法自动地计算移动到作业对象的机械设备4为止的路径的情况下，基于无人机的当前位置包含于哪个区域来选择机械设备(无线站)即可。
在本公开中，无线站是指使用无线进行通信的发送机、接收机、或者发送机与接收机的组合。即，在本公开中，无人飞行器2的无线LAN通信部222以及短距离无线通信部223、无线通信装置3、机械设备4的短距离无线通信部223全部是无线站。
在机械设备4设置有短距离无线通信部41。短距离无线通信部41例如是Bluetooth适配器。短距离无线通信部41以恒定时间间隔输出数据包。在该数据包中包含机械设备4的装置地址、装置名。接收到该数据包的无人飞行器2的短距离无线通信部223向机械设备4的短距离无线通信部41回复，确立连接。
参照图6的流程图，对无人飞行器控制***100的动作进行说明。
首先，无人飞行器2推定自身位置(步骤S1)，制作环境地图(步骤S2)。PC1将无人飞行器2的自身位置和环境地图映射到工厂的3维地图，取得3维地图上的无人飞行器2的位置(步骤S3)。
PC1制作无人飞行器2的飞行计划(步骤S4)，并输出给无人飞行器2。用户选择进行无线通信的机械设备4(步骤S5)。所选择的机械设备4被登记在无人飞行器2中。在此，在自主飞行开始前选择进行无线通信的机械设备4，但也可以在自主飞行中选择机械设备4并登记到无人飞行器2。
无人飞行器2按照从PC1接收到的飞行计划进行自主飞行(步骤S6)。
无人飞行器2参照无线切换区域存储部25，判定包含无人飞行器2的自身位置的区域(步骤S7)。在包含无人飞行器2的自身位置的区域发生了变化的情况下(步骤S8；是)，无人飞行器2判定为进入了新的区域(步骤S9)。在包含无人飞行器2的自身位置的区域没有变化的情况下(步骤S8；否)，无人飞行器2转移到步骤S6，继续自主飞行。
在判定为进入了新的区域的情况下，无人飞行器2确认周围的电波状态(步骤S10)。在无人飞行器2在机械设备4的附近飞行的情况下，表示机械设备4的存在的电波到达无人飞行器2。当无人飞行器2接收到机械设备4的电波时，无人飞行器2的短距离无线通信部41确立与机械设备4的短距离无线通信部41的连接(步骤S11)，切换无线站(步骤S12)。
在此，机械设备4可以对来自PC1的数据进行中继，也可以由机械设备4直接控制无人飞行器2。在机械设备4直接控制无人飞行器2的情况下，具备数值控制装置、PLC(Programmable Logic Controller：可编程逻辑控制器)那样的运算装置的机械设备4是优选的。
如以上说明的那样，第一公开的无人飞行器控制***100具有将工厂的3维地图分割为区域并记录了适合于各区域的无线站的无线切换区域存储部25。该区域能够通过实际测量工厂内的电波状态来制作。无人飞行器2一边确认自身在哪个区域飞行一边进行无线站的切换。
在工厂内混合存在各种无线***，有时由于来自机械设备4的电波噪声等而导致无线通信变得不稳定。另外，存在机床的机内、附近等工厂内的电波难以到达的区域。在机床(特别是大型设备)的壳体内部控制无人飞行器2的情况下，有可能产生由壳体引起的通信障碍。
无人飞行器控制***100在无线LAN的电波状态差的区域中切换为机械设备4的附近的短距离通信，因此即使在机床的机内或附近等工厂内的电波难以到达的场所也能够控制无人飞行器2。
也可以测量无线站与无人飞行器2的距离，在无人飞行器2来到无线站的附近时切换连接。关于距无线站的距离，可以根据自身位置与无线站的坐标来计算欧几里得距离，也可以根据无人飞行器2拍摄到的图像来计算距机械设备4的距离。另外，也可以将无线站的信标用作距离传感器。短距离无线的到达距离根据设备而不同，因此也可以按每个设备设定切换的距离的阈值。
无线连接的协议并不限定于上述的协议，使用与本公开不同的协议的无线连接也包含于本公开的思想中。
[第二公开]
如图7所示，第二公开的无人飞行器控制***100的无人飞行器2具备信号强度检测部27和装置ID存储部28。
信号强度检测部27检测无线通信装置3输出的电波以及机械设备4的信号强度。
装置ID存储部28存储有组装于机械设备4的短距离无线通信部41的识别信息即装置ID。装置ID存储部28还存储有被选择为通信对象的机械设备4。
无线站切换部26对信号强度检测部27检测出的信号强度进行比较，在存在信号状态比当前连接的无线站好的无线站、且该无线站的装置ID记录于装置ID存储部28、该机械设备4被选择为通信对象的情况下，切换无线站。
参照图8的流程图对无人飞行器控制***100的动作进行说明。
首先，无人飞行器2推定自身位置(步骤S21)，制作环境地图(步骤S22)。PC1将无人飞行器2的自身位置和环境地图映射到工厂的3维地图，取得3维地图上的无人飞行器2的位置(步骤S23)。
PC1制作无人飞行器2的飞行计划(步骤S24)，并输出给无人飞行器2。无人飞行器2按照从PC1接收到的飞行计划进行自主飞行(步骤S25)。
无人飞行器2检测信号强度(步骤S26)。无人飞行器2对当前连接的无线站的信号强度与其他无线站的信号强度进行比较(步骤S27)，在不存在信号状态比当前连接的无线站好的无线站的情况下(步骤S28；否)，转移到步骤S25，继续自主飞行。
在存在信号状态比当前连接的无线站好的无线站(步骤S28；是)，且该无线站的装置ID存在于装置ID存储部28的情况下(步骤S29；是)，与具有该装置ID的短距离无线通信部41确立连接(步骤S30)，切换无线站(步骤S31)。
在步骤S28中检测出的无线站的装置ID不存在于装置ID存储部28的情况下(步骤S29；否)，转移至步骤S25，继续自主飞行。
如以上说明的那样，在第二公开的无人飞行器控制***100中，使用信号强度来检测接近了目标机械设备4的附近的情况。通过将信号强度作为无线站的选择基准，能够可靠地切换到信号状态好的无线站。
[第三公开]
第三公开的无人飞行器控制***100具有与图6所示的第二公开的无人飞行器控制***100大致相同的结构。第三公开的无人飞行器控制***100在无人飞行器2的装置ID存储部28中存储多个机械设备4的装置ID。
在第三公开的无人飞行器控制***100中，无人飞行器2一边切换多个机械设备4的短距离无线通信部41一边飞行。例如，在无人飞行器2以图9所示那样的飞行路径移动的情况下，在无人飞行器2的飞行路径的附近存在4个机械设备4。在切换为与机械设备A的短距离无线通信部41、机械设备B的短距离无线通信部41、机械设备C的短距离无线通信部41、机械设备D的短距离无线通信部41的信号状态好的无线站的同时飞行。由此，即使在工厂那样的电波状态不稳定的场所也能够进行稳定的通信。
装置ID存储部28也可以存储存在于工厂的所有短距离无线通信部41的装置ID。若装置ID的数量增加，则能够进行短距离无线通信的区域扩大。通信单元的选项扩大，即使没有无线LAN等覆盖工厂整体的无线环境，也能够仅使用短距离无线来控制无人飞行器2。
附图标记说明
100无人飞行器控制***1个人计算机(PC)
2无人飞行器
3无线通信装置
4机械设备
11自身位置取得部
12环境地图取得部
13映射部14飞行计划制作部
15飞行计划输出部
21自身位置推定部
22环境地图制作部
23飞行计划取得部
24自主飞行部
25无线切换区域存储部26无线站切换部
222无线LAN通信部
223短距离无线通信部41短距离无线通信部211CPU
214非易失性存储器
215传感器
216图像处理部217照相机。

Claims (6)

1.一种无人飞行器，其在工厂内飞行，其特征在于，
所述无人飞行器具备：
第一无线通信部，其与配置于所述工厂内的机械设备进行短距离无线通信；
第二无线通信部，其进行通信距离比所述短距离无线通信长的无线通信；
机械设备选择部，其判定是否是事先选择为通信对象的机械设备；以及
无线站切换部，其检测在所述工厂内飞行的无人飞行器的自身位置处于选择出的所述机械设备的附近，将连接切换到安装于所述机械设备的短距离无线通信的无线站。
2.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述无人飞行器具备：
自主飞行部，其按照飞行计划进行自主飞行；以及
无线切换区域存储部，其存储对所述工厂的地图进行分割而得的区域、在各区域中所述无人飞行器应该连接的无线站，
所述机械设备选择部在飞行开始以前或者飞行中取得机械设备的选择，
所述无线站切换部将连接切换到存在于所述无人飞行器所在的区域中的选择出的所述机械设备的无线站。
3.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，
所述无人飞行器具备：
信号强度检测部，其检测每个无线站的信号强度；以及
识别信息存储部，其存储至少一个无线站的识别信息，
所述无线站切换部对所述信号强度检测部检测出的信号强度进行比较，将连接切换到信号状态好且在所述识别信息存储部中存储有识别信息的无线站。
4.一种存储介质，其存储计算机能够读取的命令，其特征在于，
由具备与机械设备进行短距离无线通信的第一无线通信部和进行通信距离比所述短距离无线通信长的无线通信的第二无线通信部的无人飞行器的一个或多个处理器执行所述命令，来进行如下处理：
判定是否是用户选择为通信对象的机械设备；
检测在工厂内飞行的无人飞行器的自身位置位于选择出的所述机械设备的附近；以及
使连接切换到安装于所述机械设备的短距离无线通信的无线站。
5.根据权利要求4所述的存储介质，其存储计算机能够读取的命令，其特征在于，
所述命令是如下的命令：
使无人飞行器按照飞行计划自主飞行；
存储对所述工厂内的地图进行分割而得的区域和在各区域中所述无人飞行器应该连接的无线站；
在飞行开始以前或飞行中选择成为通信对象的机械设备；以及
使连接切换到存在于所述无人飞行器所在的区域中的选择出的所述机械设备的无线站。
6.根据权利要求4所述的存储介质，其存储计算机能够读取的命令，其特征在于，
所述命令是如下的命令：
存储至少一个无线站的识别信息；
检测每个无线站的信号强度；
比较所述信号强度；以及
将连接切换到检测出所述信号强度的无线站中的信号状态好且存储有识别信号的无线站。
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