JP2019073084A - Telemetry coordination system between drone and unmanned vessel - Google Patents

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昌史 三輪
Masashi Miwa
昌史 三輪
英司 澤田
Eiji Sawada
英司 澤田
一郎 水野
Ichiro Mizuno
一郎 水野
洋輔 佐竹
Yosuke Satake
洋輔 佐竹
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Abstract

To solve the problem that the absolute azimuth 70 of an airframe of a drone 1 sometimes cannot be detected because earth magnetism by a magnetic compass cannot be detected due to a magnetic field that increases the earth magnetism near a place and a facility having a lot of metal such as reinforcements and within a range affected by a magnetic field due to wires and an antenna.SOLUTION: A drone 1 and an unmanned vessel 2 mutually perform telemetry communication of information acquired by a drone side flight controller (hereafter referred to as "FC") and a drone side vision positioning system (hereafter referred to as "VPS") and information acquired by an unmanned vessel side FC and an unmanned vessel side VPS. In the case that the azimuth 72 of the unmanned vessel 2 recognized by the drone 1 and the azimuth 73 of the drone 1 recognized by the unmanned vessel 2 are in an opposite azimuth from each other, the drone side FC is determined to be normal, and in the case that the azimuth 72 of the unmanned vessel 2 recognized by the drone 1 and the azimuth 73 of the drone 1 recognized by the unmanned vessel 2 are not in an opposite azimuth from each other, the drone side FC is determined to be abnormal.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、ドローンの姿勢安定と航法の技術に関する。   The present invention relates to drone attitude stabilization and navigation techniques.

近年、ドローン（無人航空機）の利用への期待が高まっている。空撮、測量、農業、物流、中継基地、点検・整備などの分野での利用に多く提案がなされている。なお、本明細書中では、ドローンは３つ以上のプロペラ（回転翼）を備える小型無人航空機であるマルチコプターを指すものとする。マルチコプターには、プロペラ（回転翼）が３つのトライコプター、４つのクアッドコプター、６つのヘキサコプターおよび８つのオクトコプターが含まれる。   In recent years, the expectation for the use of drone (unmanned aerial vehicle) is increasing. Many proposals have been made for use in fields such as aerial photography, surveying, agriculture, logistics, relay stations, inspection and maintenance. In the present specification, a drone refers to a multicopter which is a small unmanned aerial vehicle equipped with three or more propellers (rotor blades). The multicopter includes a propeller (rotor) with three tricopters, four quadcopters, six hexacopters and eight octocopters.

ところで、無人船は、許容される積載物の重量が大きく取れることから、ドローンと組み合わせ使用することにより、両者の短所を補完することが期待される。具体的には、無人船が航行可能な水面上におけるドローンとの連携システムが考えられる。その場合、無人船が重量物を担当することで、ドローンが負担すべき重量が軽減できることによるドローンの飛行の長時間化が期待される。また、ドローンによる早期の現場到着と現場状況把握、その後の無人船の到着による救出作業と、救難作業における両者の連携システムなども考えられている（例えば、特許文献１）。   By the way, unmanned vessels are expected to complement the disadvantages of the two by using them in combination with drone since the weight of the permitted load can be increased. Specifically, a coordination system with the drone on the surface of the water where the unmanned vessel can navigate is conceivable. In such a case, it is expected that the drone will be able to extend the flight of the drone by reducing the weight that the drone should bear as the unmanned vessel takes charge of heavy items. In addition, early arrival at the site and grasp of the site condition by the drone, rescue work by arrival of the unmanned vessel thereafter, and a cooperative system of both in rescue work are also considered (for example, Patent Document 1).

ドローンにはフライトコントローラー（以下「ＦＣ」という。）が搭載される。ＦＣによって、ドローンの姿勢安定と航法が自動化されている。ＦＣは、マイコンと、センサー類と、ＧＰＳ受信機を備えている。センサー類としては、ジャイロセンサー、加速度センサー、気圧センサー、磁気コンパス、超音波センサーなどが使用される。ジャイロセンサーや加速度センサーがドローンの姿勢の状態を検知して、ドローンの機体の姿勢の傾きが修正される。   The drone is equipped with a flight controller (hereinafter referred to as "FC"). With FC, drone attitude stability and navigation are automated. The FC has a microcomputer, sensors, and a GPS receiver. As sensors, a gyro sensor, an acceleration sensor, a barometric pressure sensor, a magnetic compass, an ultrasonic sensor, etc. are used. A gyro sensor or an acceleration sensor detects the posture of the drone to correct the inclination of the drone's posture.

また、ドローンにはビジョンポジショニングシステム（以下「ＶＰＳ」という。）が搭載される。ＶＰＳは、マイコンと、カメラを備えている。ＶＰＳは、カメラに写っている物体とドローンとの間の相対運動による画像内の物体の見かけの動きの方向と移動量を画像処理技術により検出する。すなわち、ＶＰＳは、ドローンに搭載されたカメラの画像を白黒に２値化して特徴点の画像内平面座標上での移動ベクトルから、ドローンの位置変化を推定する。   In addition, the drone is equipped with a vision positioning system (hereinafter referred to as "VPS"). The VPS has a microcomputer and a camera. The VPS detects the direction and amount of movement of an apparent movement of an object in an image due to relative movement between the object shown in the camera and the drone by image processing technology. That is, the VPS binarizes the image of the camera mounted on the drone into black and white, and estimates the drone position change from the movement vector on the in-image plane coordinates of the feature point.

特開２０１６−８８３３７号公報JP, 2016-88337, A

ＦＣに含まれるＧＰＳによっては、ドローンの絶対的な位置は検出できるが、ドローンの機体の向きまでは検出できない。ドローンの機体の向きは、磁気コンパスを用いて検出する。   Although the GPS included in FC can detect the absolute position of the drone, it can not detect the orientation of the drone. The orientation of the drone's airframe is detected using a magnetic compass.

ところが、鉄筋等の金属が多い場所・施設の近くや、電線・アンテナ等磁場が影響する範囲では地磁気を上回る磁界によって、磁気コンパスによる地磁気の検出ができなくなる。その場合、ドローンの機体の向きが検出できなくなってしまう。 However, near a place or facility where there are many metals such as reinforcing bars, or in a range affected by a magnetic field such as a wire or antenna, a magnetic field exceeding the geomagnetism can not detect the geomagnetism by the magnetic compass. In that case, the direction of the drone aircraft can not be detected.

そこで、本発明は、上述した磁気コンパスの異常に対応することができる、ドローンと無人船とによるテレメトリー連携システムを構築することを目的とする。   Then, this invention aims at constructing the telemetry cooperation system by a drone and an unmanned vessel which can respond to the abnormality of the magnetic compass mentioned above.

第１の発明に係るドローンと無人船とのテレメトリー連携システムは、三次元移動可能なドローンと水面上移動可能な無人船とのテレメトリー連携システムであって、前記ドローンは、ドローン側フライトコントローラー（以下「ＦＣ」という。）と、ドローン側ビジョンポジショニングシステム（以下「ＶＰＳ」という。）と、を備え、前記無人船は、無人船側ＦＣと、無人船側ＶＰＳと、を備え、前記ドローンと前記無人船とは、前記ドローン側ＦＣと前記ドローン側ＶＰＳが取得した情報と、前記無人船側ＦＣと前記無人船側ＶＰＳが取得した情報と、を相互にテレメトリー通信しており、前記ドローンが認識した前記無人船の方位と前記無人船が認識した前記ドローンの方位とが相互に反対方位である場合は、前記ドローン側ＦＣが正常であると判断され、前記ドローンが認識した前記無人船の方位と前記無人船が認識した前記ドローンの方位とが相互に反対方位でない場合は、前記ドローン側ＦＣが異常であると判断される、ことを特徴とする。 The telemetry cooperation system between a drone and an unmanned vessel according to the first invention is a telemetry cooperation system between a three-dimensional movable drone and an unmanned vessel movable on the water surface, wherein the drone is a drone side flight controller And the drone-side vision positioning system (hereinafter referred to as "VPS"), the unmanned vessel comprises an unmanned vessel FC and an unmanned vessel VPS, the drone and the unmanned vessel And the unmanned vessel FC and the unmanned vessel VPS acquired information obtained by the drone side FC and the drone side VPS are mutually telemetrically communicated with each other, and the unmanned vessel recognized by the drone If the heading of the drone and the heading of the drone recognized by the unmanned vessel are opposite to each other, the drone side FC If it is determined that the direction of the unmanned vessel recognized by the drone and the direction of the drone recognized by the unmanned vessel are not opposite to each other, the drone side FC is determined to be abnormal. , It is characterized.

第１の発明に係るドローンと無人船とのテレメトリー連携システムは、ドローンのＦＣの磁気コンパスがドローンの機体の正しい向きを検出できなくなると、前記ドローンが認識した前記無人船の方位と前記無人船が認識した前記ドローンの方位とが相互に反対方位でなくなることにより、前記ドローン側ＦＣが異常であると判断することができる。 The telemetry cooperation system between the drone and the unmanned vessel according to the first aspect of the present invention is directed to the unmanned vessel and the direction of the unmanned vessel recognized by the drone when the drone FC magnetic compass can not detect the correct direction of the drone airframe. The drone side FC can be determined to be abnormal when the drone direction recognized by the drone does not have mutually opposite directions.

第２の発明に係るドローンと無人船とのテレメトリー連携システムは、前記ドローン側ＦＣが異常であると判断された場合は、前記ドローンは、前記ドローン側ＦＣが取得した情報に代え前記無人船側ＦＣが取得した情報を採用することを特徴とする。 In the telemetry cooperation system between a drone and an unmanned vessel according to the second invention, when the drone side FC is determined to be abnormal, the drone is replaced with the information acquired by the drone side FC, the unmanned vessel side FC Is characterized by adopting the information acquired by

第２の発明に係るドローンと無人船とのテレメトリー連携システムは、ドローンのＦＣの磁気コンパスがドローンの機体の正しい向きを検出できなくなっても、前記無人船のＦＣの磁気コンパスが検出した絶対方位をドローンのＦＣが採用するので、ドローンは正しい方位を認識することができる。 The telemetry cooperation system between the drone and the unmanned vessel according to the second invention is an absolute orientation detected by the unmanned vessel's FC magnetic compass even if the drone FC's magnetic compass can not detect the correct orientation of the drone's airframe. Because the drone FC adopts, the drone can recognize the correct heading.

第３の発明に係るドローンと無人船とのテレメトリー連携システムは、三次元移動可能なドローンと水面上移動可能な無人船とのテレメトリー連携システムであって、前記ドローンは、ドローン側磁気コンパス、ドローン側カメラ、及びドローン側画像認識装置と、を備え、前記ドローンは、前記ドローン側カメラが写し出した前記無人船を前記ドローン側画像認識装置が画像認識することで算出した方向と、前記ドローン側磁気コンパスが検出した絶対方位と、から前記ドローンから見た前記無人船の方位を算出し、前記無人船は、無人船側磁気コンパス、無人船側カメラ、及び無人船側画像認識装置と、を備え、前記無人船は、前記無人船側カメラが写し出した前記ドローンを前記無人船側画像認識装置が画像認識することで算出した方向と、前記無人船側磁気コンパスが検出した絶対方位とから前記無人船から見た前記ドローンの方位を算出し、前記ドローンと前記無人船とは、前記ドローンから見た前記無人船の方位情報と、前記無人船から見た前記ドローンの方位情報と、を相互にテレメトリー通信しており、前記ドローンから見た無人船の方位と、前記無人船から見た前記ドローンの方位と、が相互に反対方位である場合は、前記ドローン側磁気コンパスが正常であると判断され、前記ドローンから見た前記無人船の方位と、前記無人船から見た前記ドローンの方位と、が相互に反対方位でない場合は、前記ドローン側磁気コンパスが異常であると判断される、ことを特徴とする。 The telemetry cooperation system between a drone and an unmanned vessel according to the third invention is a telemetry cooperation system between a three-dimensional movable drone and an unmanned vessel movable on the water surface, the drone comprising a drone magnetic compass and a drone A drone camera and a drone image recognition device, wherein the drone is a direction calculated by the drone image recognition device performing image recognition on the unmanned vessel captured by the drone camera, and the drone magnetism The direction of the unmanned vessel viewed from the drone is calculated from the absolute orientation detected by the compass, and the unmanned vessel comprises an unmanned vessel magnetic compass, an unmanned vessel camera, and an unmanned vessel image recognition device; The ship is calculated by the unmanned vessel image recognition device performing image recognition on the drone captured by the unmanned vessel camera. The direction of the drone viewed from the unmanned vessel is calculated from the absolute direction detected by the unmanned vessel-side magnetic compass, and the drone and the unmanned vessel are azimuth information of the unmanned vessel viewed from the drone. The direction information of the drone viewed from the unmanned vessel is mutually telemetrically communicated, and the direction of the unmanned boat viewed from the drone and the direction of the drone viewed from the unmanned vessel are mutually opposite directions When it is determined that the drone magnetic compass is normal, the orientation of the unmanned vessel viewed from the drone and the orientation of the drone viewed from the unmanned vessel are not opposite to each other. And the drone magnetic compass is determined to be abnormal.

第３の発明に係るドローンと無人船とのテレメトリー連携システムは、ドローンのＦＣの磁気コンパスが地磁気の検出ができなくなりドローンの機体の向きが検出できなくなると、前記ドローンが認識した前記無人船の方位と前記無人船が認識した前記ドローンの方位とが相互に反対方位でなくなることにより、前記ドローン側ＦＣが異常であると判断することができる。 The telemetry cooperation system between the drone and the unmanned vessel according to the third invention is characterized in that when the magnetic compass of the drone FC can not detect the geomagnetism and the direction of the drone can not be detected, the drone recognizes the unmanned vessel When the direction and the direction of the drone recognized by the unmanned vessel are not opposite to each other, it can be determined that the drone side FC is abnormal.

第４の発明に係るドローンと無人船とのテレメトリー連携システムは、前記ドローン側磁気コンパスが異常であると判断された場合は、前記ドローンは、前記ドローン側磁気コンパスが検出した絶対方位に代え前記無人船側磁気コンパスが検出した絶対方位を採用することを特徴とする。 In the telemetry cooperation system of a drone and an unmanned vessel according to the fourth invention, when the drone magnetic compass is determined to be abnormal, the drone is replaced with the absolute direction detected by the drone magnetic compass. It is characterized in that the absolute direction detected by the unmanned vessel side magnetic compass is adopted.

第４の発明に係るドローンと無人船とのテレメトリー連携システムは、前記ドローン側磁気コンパスが正しい絶対方位を検出できなくなっても、前記無人船側磁気コンパスが検出した絶対方位を前記ドローンが採用するので、前記ドローンは正しい方位を認識することができる。 The telemetry cooperation system between the drone and the unmanned vessel according to the fourth aspect of the invention allows the drones to adopt the absolute orientation detected by the unmanned vessel magnetic compass even if the drone magnetic compass can not detect the correct absolute orientation. , The drone can recognize the correct orientation.

第５の発明に係るドローンと無人船とのテレメトリー連携システムは、前記ドローンは、下方から視認可能に取り付けられたドローン側マーカーを備え、前記無人船は、上方から視認可能に取り付けられた無人船側マーカーを備え、前記ドローン側画像認識装置は、前記ドローン側カメラが写し出した前記無人船側マーカーを画像認識し、前記無人船側画像認識装置は、前記無人船側カメラが写し出した前記ドローン側マーカーを画像認識することを特徴とする。 The telemetry cooperation system between a drone and an unmanned vessel according to the fifth invention, the drone includes a drone side marker attached so as to be visible from below, and the unmanned vessel is an unmanned vessel side attached so as to be visible from above The drone image recognition device is provided with a marker, the drone image recognition device recognizes the unmanned vessel marker captured by the drone camera, and the unmanned boat image recognition device recognizes the drone marker captured by the unmanned boat camera. It is characterized by

第５の発明に係るドローンと無人船とのテレメトリー連携システムは、前記ドローン側ＶＰＳが前記無人船側マーカーを確実に画像認識することができ、前記無人船側ＶＰＳが前記ドローン側マーカーを確実に認識することができる。   According to the telemetry cooperation system between a drone and an unmanned vessel of the fifth invention, the drone side VPS can reliably recognize the unmanned vessel side marker and the unmanned vessel side VPS reliably recognizes the drone side marker. be able to.

本発明により、ドローンの磁気コンパスの異常に対応することができる、ドローンと無人船とによるテレメトリー連携システムを構築することができる。   According to the present invention, it is possible to construct a telemetry cooperation system between a drone and an unmanned vessel, which can cope with the abnormality of the magnetic compass of the drone.

本発明に係るドローンと無人船とのテレメトリー連携システムの全体図である。It is a general view of the telemetry cooperation system of a drone and an unmanned vessel concerning the present invention. 実施の形態に係る、ドローンの内部ブロック図である。It is an internal block diagram of a drone concerning an embodiment. 実施の形態に係る、無人船の内部ブロック図である。It is an internal block diagram of the unmanned vessel concerning an embodiment. 正常時のドローンと無人船とのテレメトリー連携システムの機能を説明する図である。It is a figure explaining the function of the telemetry cooperation system of a drone and an unmanned vessel at the time of normal. 異常時のドローンと無人船とのテレメトリー連携システムの機能を説明する図である。It is a figure explaining the function of the telemetry cooperation system of a drone and an unmanned vessel at the time of abnormality.

図１は、本発明に係るドローン１と無人船２とのテレメトリー連携システムの全体図である。ドローン１は、巨大な鋼構造物である吊り橋３の空撮、測量、点検・整備を行っている。無人船２は、吊り橋３の近くの水面４上を航行していて、ドローン１と相互にテレメトリー通信している。吊り橋３又はその周辺の陸地には、ドローン１と無人船２の操縦者がいる。操縦者は、ラジコン送信機（以下「プロポ」という。）を使って、ドローン１と無人船２を操縦している。なお、図１に示すようにドローン１と無人船２とは高度差を有しており、その高度差以上に水平方向の位置ズレを有している。   FIG. 1 is an overall view of a telemetry cooperation system between a drone 1 and an unmanned vessel 2 according to the present invention. The drone 1 performs aerial photography, surveying, inspection and maintenance of the suspension bridge 3 which is a huge steel structure. The unmanned vessel 2 is traveling on the water surface 4 near the suspension bridge 3 and is in telemetry communication with the drone 1. There are pilots of the drone 1 and the unmanned vessel 2 on the suspension bridge 3 or on the land around it. The pilot controls the drone 1 and the unmanned vessel 2 using a radio control transmitter (hereinafter referred to as "propo"). In addition, as shown in FIG. 1, the drone 1 and the unmanned vessel 2 have a height difference, and have a positional deviation in the horizontal direction more than the height difference.

図２は、ドローン１の内部ブロック図である。ドローン１は、送受信機１０、ＦＣ（フライトコントローラー）２０、ＶＰＳ（ビジョンポジショニングシステム）３０、エレクトリックスピードコントローラ（以下「ＥＳＣ」という。）４０、モーター４１、バッテリー４２を備えている。   FIG. 2 is an internal block diagram of the drone 1. The drone 1 includes a transceiver 10, an FC (flight controller) 20, a VPS (vision positioning system) 30, an electric speed controller (hereinafter referred to as "ESC") 40, a motor 41, and a battery 42.

送受信機１０は、プロポからの操作電波を受信する。また、送信機１０は、無人船２の送受信機とテレメトリー信号を送受信する。さらに、ドローン１内部で、送受信機１０は、ＦＣ２０との間で信号をやり取りする。   The transceiver 10 receives the operation radio wave from the propo. Further, the transmitter 10 transmits and receives telemetry signals to and from the transmitter-receiver of the unmanned vessel 2. Furthermore, inside the drone 1, the transceiver 10 exchanges signals with the FC 20.

ＦＣ２０は、マイコン２１、ジャイロセンサー２２、加速度センサー２３、気圧センサー２４、磁気コンパス２５、超音波センサー２６、ＧＰＳ受信機２７を備えている。ジャイロセンサー２２は、ドローン１の角速度を検出する。加速度センサー２３は、ドローン１の加速度を検出する。気圧センサー２４は、ドローン１が位置する高さの気圧を検出することでドローン１の高度を検出する。磁気コンパス２５は、地磁気の絶対方位を検出することでドローン１の機体の向きを検出する。超音波センサー２６は、地面に向け超音波を発し、返ってきた超音波を検出することで、ドローン１の地面からの高さを検出する。ＧＰＳ受信機２７は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信することでドローン１の絶対位置を検出する。マイコン２１は、ジャイロセンサー２１、加速度センサー２３、気圧センサー２４、磁気コンパス２５、超音波センサー２６、ＧＰＳ受信機２７からの検出信号を受け取り、ドローン１の姿勢安定と航法の演算を行う。ＦＣ２０は、ＶＰＳ３０との間で信号をやり取りする。また、ＦＣ２０は、ＥＳＣ４０に信号を送りバッテリー４２からモーター４１への電流を制御することで、モーター４１の回転制御を行う。   The FC 20 includes a microcomputer 21, a gyro sensor 22, an acceleration sensor 23, an air pressure sensor 24, a magnetic compass 25, an ultrasonic sensor 26, and a GPS receiver 27. The gyro sensor 22 detects the angular velocity of the drone 1. The acceleration sensor 23 detects the acceleration of the drone 1. The pressure sensor 24 detects the pressure of the height at which the drone 1 is located, thereby detecting the height of the drone 1. The magnetic compass 25 detects the orientation of the airframe of the drone 1 by detecting the absolute direction of the geomagnetic field. The ultrasonic sensor 26 emits ultrasonic waves toward the ground and detects the returned ultrasonic waves to detect the height of the drone 1 from the ground. The GPS receiver 27 detects the absolute position of the drone 1 by receiving radio waves from GPS satellites. The microcomputer 21 receives detection signals from the gyro sensor 21, the acceleration sensor 23, the barometric pressure sensor 24, the magnetic compass 25, the ultrasonic sensor 26, and the GPS receiver 27 and performs attitude stabilization and navigation calculation of the drone 1. The FC 20 exchanges signals with the VPS 30. Further, the FC 20 sends a signal to the ESC 40 to control the current from the battery 42 to the motor 41 to control the rotation of the motor 41.

ＶＰＳ３０は、マイコン３１と、カメラ３２を備えている。ＶＰＳ３０は、カメラ３２に写っている物体とドローン１との間の相対運動による画像内の物体の見かけの動きの方向と移動量を画像処理技術により検出する。すなわち、ＶＰＳ３０のマイコン３１は、ドローン１に搭載されたカメラ３２の画像を白黒に２値化して特徴点の画像内平面座標上での移動ベクトルから、ドローン１の位置変化を推定する。本実施の形態では、ドローン１のカメラ３２に写る無人船２の画像を画像処理により検出し、ドローン１の機体に対する無人船２の方位を把握する。   The VPS 30 includes a microcomputer 31 and a camera 32. The VPS 30 detects the direction and amount of movement of the apparent movement of the object in the image due to the relative movement between the object shown in the camera 32 and the drone 1 by image processing technology. That is, the microcomputer 31 of the VPS 30 binarizes the image of the camera 32 mounted on the drone 1 into black and white, and estimates the positional change of the drone 1 from the movement vector on the in-image plane coordinates of the feature point. In the present embodiment, the image of the unmanned vessel 2 shown in the camera 32 of the drone 1 is detected by image processing, and the direction of the unmanned vessel 2 with respect to the airframe of the drone 1 is grasped.

バッテリー４２は、リチウムポリマーバッテリーが使用される。リチウムポリマーバッテリーは、小型・軽量にも関わらず、１セル当たり３．７Ｖと高い起電力があり、大容量、高エネルギー密度であるという特徴を有する。   As the battery 42, a lithium polymer battery is used. Lithium polymer batteries, despite their small size and light weight, are characterized by having a high electromotive force of 3.7 V per cell, large capacity and high energy density.

ＥＳＣ４０は、ＦＣ２０からのモーター出力指令値に従った電流値をモーター４１に供給する。モーター４１は、ブラシレスＤＣモーターが使用される。ブラシレスＤＣモーターには強力な磁力を有するネオジム磁石が用いられる。実施の形態に係るドローン１は、４枚のプロペラを有するクアッドコプターであるため、それぞれのプロペラを回転するＥＳＣ４０とモーター４１が４組配置されている。もし仮に、ドローン１（マルチコプター）が、トライコプターであれば３組、ヘキサコプターであれば６組、オクトコプターであれば８組のＥＳＣ４０とモーター４１が配置されることになる。   The ESC 40 supplies a current value to the motor 41 according to the motor output command value from the FC 20. As the motor 41, a brushless DC motor is used. A neodymium magnet having a strong magnetic force is used for the brushless DC motor. Since the drone 1 according to the embodiment is a quadcopter having four propellers, four sets of ESCs 40 and motors 41 for rotating the propellers are arranged. If the drone 1 (multicopter) is a tricopter, three sets, a hexacopter six sets, and an octocopter eight sets of the ESC 40 and the motor 41 are disposed.

図３は、無人船２の内部ブロック図である。無人船２は、送受信機１０、ＦＣ５０、ＶＰＳ３０、ＥＳＣ４０、モーター４１、バッテリー４２を備えている。図３に示した無人船２の内部ブロック図は、図２に示したドローン１の内部ブロック図と近似している。そのため、共通する構成要素には同一の番号を付し、その詳細な説明を省略する。以下、図３に示す無人船２の内部ブロック図について、図２に示すドローン１の内部ブロック図と相違する部分を説明する。   FIG. 3 is an internal block diagram of the unmanned vessel 2. The unmanned vessel 2 includes a transceiver 10, an FC 50, a VPS 30, an ESC 40, a motor 41, and a battery 42. The internal block diagram of the unmanned vessel 2 shown in FIG. 3 is similar to the internal block diagram of the drone 1 shown in FIG. Therefore, the same components are assigned the same reference numerals and the detailed description thereof is omitted. Hereinafter, with respect to the internal block diagram of the unmanned vessel 2 shown in FIG. 3, portions different from the internal block diagram of the drone 1 shown in FIG. 2 will be described.

ドローン１のＦＣ２０が超音波センサー２６を備えているのに対し、無人船２のＦＣ５０は超音波センサーを備えていない点が相違する。超音波センサー２６は、２ｃｍから４ｍぐらいの範囲の地上との距離を測定する高度計として使用するので、水上を移動する無人船２には必要ないからである。また、ドローン１がＥＳＣ４０とモーター４１に関しては４つの組合せを備えているのに対し、無人船２がＥＳＣ４０とモーター４１の２つの組合せしか備えていない点が相違する。ドローン１が４つのプロペラを駆動するのに対し、無人船２は、１つのスクリューと舵を動かせば足りるからである。 The FC 20 of the drone 1 is equipped with the ultrasonic sensor 26, whereas the FC 50 of the unmanned vessel 2 is not equipped with the ultrasonic sensor. The ultrasonic sensor 26 is used as an altimeter for measuring the distance to the ground in the range of about 2 cm to 4 m, so it is not necessary for the unmanned vessel 2 moving on water. Further, the drone 1 is provided with four combinations of the ESC 40 and the motor 41, whereas the unmanned vessel 2 is provided with only two combinations of the ESC 40 and the motor 41. This is because the drone 1 drives four propellers, whereas the unmanned vessel 2 only needs to move one screw and a rudder.

無人船２のＶＰＳ３０は、無人船２のカメラ３２に写るドローン１の画像を画像処理により検出し、無人船２の船体に対するドローン１の方向を把握する。 The VPS 30 of the unmanned vessel 2 detects the image of the drone 1 captured by the camera 32 of the unmanned vessel 2 by image processing, and grasps the direction of the drone 1 with respect to the hull of the unmanned vessel 2.

本発明の実施の形態に係る、ドローン１と無人船２とのテレメトリー連携システムについて、以下に説明する。 The telemetry cooperation system of the drone 1 and the unmanned vessel 2 based on embodiment of this invention is demonstrated below.

ドローン１の送受信機１０と無人船２の送受信機１０とは、ドローン１のＦＣ２０とＶＰＳ３０が取得した情報と、無人船２のＦＣ５０とＶＰＳ３０が取得した情報と、を相互にテレメトリー通信する。具体的には、ドローン１が取得した、ドローン１の角速度、ドローン１の加速度、ドローン１の高度、ドローン１の機体の絶対方位、ドローン１の機体の絶対位置、ドローン１の機体に対する無人船２の方向、の情報を無人船２は受け取る。一方、無人船２が取得した、無人船２の角速度、無人船２の加速度、無人船２の高度、無人船２の船体の絶対方位、無人船２の船体の絶対位置、無人船２の船体に対するドローン１の方向、の情報をドローン１は受け取る。   The transceiver 10 of the drone 1 and the transceiver 10 of the unmanned vessel 2 mutually telemetrically communicate the information acquired by the FC 20 and the VPS 30 of the drone 1 and the information acquired by the FC 50 and the VPS 30 of the unmanned vessel 2. Specifically, the angular velocity of the drone 1, the acceleration of the drone 1, the altitude of the drone 1, the absolute orientation of the drone 1's airframe, the absolute position of the drone 1's airframe, the unmanned ship 2 for the drone 1's airframe obtained by the drone 1 The unmanned vessel 2 receives the information of the direction of. On the other hand, the angular velocity of the unmanned ship 2, the acceleration of the unmanned ship 2, the altitude of the unmanned ship 2, the absolute orientation of the unmanned ship 2's hull, the absolute position of the unmanned ship 2, the unmanned ship 2's hull obtained by the unmanned ship 2 The drone 1 receives information on the direction of the drone 1 against.

（正常時）
図４は、正常時のドローン１と無人船２とのテレメトリー連携システムの機能を説明する図である。また、図４は、ドローン１と無人船２とを上方から見た図となっている。ドローン１は、ドローン１の磁気コンパス２５によってドローン１の機体の絶対方位６０（ドローン１の機体を中心に東、西、南、北（Ｅ、Ｗ、Ｓ、Ｎ）で示される方位）を把握している。また、カメラ３２と画像処理装置３１とによって、ドローン１の機体のカメラ３２から見える無人船２の方向を算出している。この２つの情報からドローン１は、ドローン１から見た無人船２の方位６２は、ＳＳＷ（南南西）であることを算出する。 (Normal)
FIG. 4 is a diagram for explaining the function of the telemetry cooperation system between the drone 1 and the unmanned vessel 2 in the normal state. Moreover, FIG. 4 is the figure which looked at the drone 1 and the unmanned vessel 2 from upper direction. The drone 1 grasps the absolute orientation 60 (the orientation indicated by the east, west, south and north (E, W, S, N) centering on the drone 1's aircraft) by the magnetic compass 25 of the drone 1 doing. Further, the direction of the unmanned vessel 2 seen from the camera 32 of the airframe of the drone 1 is calculated by the camera 32 and the image processing device 31. From these two pieces of information, the drone 1 calculates that the direction 62 of the unmanned vessel 2 seen from the drone 1 is SSW (south-south-west).

一方、無人船２は、無人船２の磁気コンパス２５によって無人船２の船体に対する絶対方位６１（無人船２の船体を中心に東、西、南、北（Ｅ、Ｗ、Ｓ、Ｎ）で示される方位）を把握している。また、カメラ３２と画像処理装置３１とによって、無人船２の船体のカメラ３２から見えるドローン１の方向を算出している。この２つの情報から無人船２は、無人船２から見たドローン１の方位６３は、ＮＮＥ（北北東）であることを算出する。   On the other hand, the unmanned vessel 2 has absolute orientation 61 (with the unmanned vessel 2 as its center, east, west, south, north (E, W, S, N) with respect to the hull of the unmanned vessel 2 by the magnetic compass 25 of the unmanned vessel 2). The orientation shown) is understood. Further, the direction of the drone 1 seen from the camera 32 of the hull of the unmanned ship 2 is calculated by the camera 32 and the image processing device 31. From these two pieces of information, the unmanned vessel 2 calculates that the direction 63 of the drone 1 seen from the unmanned vessel 2 is NNE (North-North Northeast).

ドローン１から見た無人船２の方位６２ＳＳＷ（南南西）と、無人船２から見たドローン１の方位６３ＮＮＥ（北北東）は、相互に反対方位である。それによって、ドローン１と無人船２とのテレメトリー連携システムは、ドローンの磁気コンパス２５（図２参照）が検出した絶対方位６０が正しいことを判断する。   The heading 62 SSW (south-south-west) of the unmanned vessel 2 as viewed from the drone 1 and the heading 63 NNE (northeast-northeast) of the drone 1 viewed from the unmanned-ship 2 are mutually oppositely oriented. Thereby, the telemetry cooperation system of the drone 1 and the unmanned vessel 2 judges that the absolute direction 60 detected by the magnetic compass 25 (see FIG. 2) of the drone is correct.

（異常時）
図５は、異常時のドローン１と無人船２とのテレメトリー連携システムの機能を説明する図である。また、図５は、ドローン１と無人船２とを上方から見た図となっている。図１に示すようにドローン１は、巨大な鋼構造物である吊り橋３のすぐ近くを飛行している。そのため、ドローン１は、ドローン１の磁気コンパス２５によってドローン１の機体に対する絶対方位７０（ドローン１の機体を中心に東、西、南、北（Ｅ、Ｗ、Ｓ、Ｎ）で示される方位）を誤って把握している。また、カメラ３２と画像処理装置３１とによって、ドローン１の機体のカメラ３２から見える無人船の方向を算出している。この２つの情報からドローン１は、ドローン１から見た無人船２の方位７２は、ＷＳＷ（西南西）であると誤って算出する。 (When abnormal)
FIG. 5 is a diagram for explaining the function of the telemetry cooperation system between the drone 1 and the unmanned vessel 2 at the time of abnormality. Moreover, FIG. 5 is the figure which looked at the drone 1 and the unmanned vessel 2 from upper direction. As shown in FIG. 1, the drone 1 is flying in the vicinity of a suspension bridge 3 which is a huge steel structure. Therefore, the absolute direction 70 for the drone 1's airframe by the magnetic compass 25 of the drone 1 (the direction indicated by east, west, south, north (E, W, S, N) with the drone 1's airframe) By mistake. In addition, the direction of the unmanned vessel viewed from the camera 32 of the airframe of the drone 1 is calculated by the camera 32 and the image processing device 31. From these two pieces of information, the drone 1 erroneously calculates that the heading 72 of the unmanned vessel 2 viewed from the drone 1 is WSW (west-south-west).

一方、無人船２は、吊り橋３から少し離れて航行しているので、無人船２の磁気コンパス２５によって無人船２の船体に対する絶対方位７１（無人船２の船体を中心に東、西、南、北（Ｅ、Ｗ、Ｓ、Ｎ）で示される方位）を正しく把握している。また、カメラ３２と画像処理装置３１とによって、無人船２の船体のカメラ３２から見えるドローン１の方向を算出している。この２つの情報から無人船２は、無人船２から見たドローン１の方位７３は、ＮＮＥ（北北東）であることを算出する。   On the other hand, since the unmanned vessel 2 sails slightly away from the suspension bridge 3, the absolute orientation 71 (the east, west and south centering on the unmanned vessel 2's hull with respect to the unmanned vessel 2's hull) by the magnetic compass 25 of the unmanned vessel 2 , North (E, W, S, N) orientation) is correctly grasped. Further, the direction of the drone 1 seen from the camera 32 of the hull of the unmanned ship 2 is calculated by the camera 32 and the image processing device 31. From these two pieces of information, the unmanned vessel 2 calculates that the direction 73 of the drone 1 viewed from the unmanned vessel 2 is NNE (North-North Northeast).

図５に示すように、ドローン１から見た無人船２の方位７２ＷＳＷ（西南西）と、無人船２から見たドローン１の方位７３ＮＮＥ（北北東）は、相互に反対方位でない。それによって、ドローン１と無人船２とのテレメトリー連携システムは、ドローン１の磁気コンパス２５（図２参照）が検出した絶対方位７０が誤っていることを判断する。ドローン１と無人船２とのテレメトリー連携システムによって発見された、ドローン１の磁気コンパス２４が検出した絶対方位７０が誤っていることは、送受信機１０からプロポに送信し、プロポが異常を警報するようにしてもよい。そうすることにより、ドローン１と無人船２の操縦者は、ドローン１の磁気コンパス２５（図２参照）が検出した絶対方位７０が誤っていることを知ることができる。   As shown in FIG. 5, the heading 72 WSW (west-southwest) of the unmanned vessel 2 as viewed from the drone 1 and the heading 73 NNE (northeastern-east) of the drone 1 viewed from the unmanned vessel 2 are not mutually oppositely oriented. Thereby, the telemetry cooperation system of the drone 1 and the unmanned vessel 2 determines that the absolute orientation 70 detected by the magnetic compass 25 (see FIG. 2) of the drone 1 is incorrect. The fact that the absolute direction 70 detected by the magnetic compass 24 of the drone 1 detected by the telemetry cooperation system between the drone 1 and the unmanned vessel 2 is incorrect is transmitted from the transceiver 10 to the propo to alert the propo of an abnormality. You may do so. By doing so, the pilots of the drone 1 and the unmanned vessel 2 can know that the absolute orientation 70 detected by the magnetic compass 25 (see FIG. 2) of the drone 1 is incorrect.

この場合、ドローン１は、ドローン１の磁気コンパス２５（図２参照）が検出した絶対方位７０に代え、無人船２の磁気コンパス２５（図３参照）が検出した絶対方位７１を採用するようにすることができる。これにより、ドローン１は正しい絶対方位７１に基づく姿勢安定と航法を継続することができる。   In this case, the drone 1 adopts the absolute orientation 71 detected by the magnetic compass 25 (see FIG. 3) of the unmanned ship 2 instead of the absolute orientation 70 detected by the magnetic compass 25 (see FIG. 2) of the drone 1 can do. This allows the drone 1 to continue attitude stability and navigation based on the correct absolute orientation 71.

さらに、ドローン１は、下方から視認可能に取り付けられたドローン側マーカーを備え、無人船２は、上方から視認可能に取り付けられた無人船側マーカーを備えるようにしてもよい。その場合、図２に示すドローン１のドローン側画像認識装置３１は、ドローン側カメラ３２が写し出した無人船側マーカーを画像認識し、図３に示す無人船２の無人船側画像認識装置３１は、無人船側カメラ３２が写し出したドローン側マーカーを画像認識する。これにより、ドローン１と無人船２との距離が大きい場合、あるいは、早朝、夕暮れ、霧などで視界が悪い場合であっても、ＶＰＳ３０（図２、図３参照）によるドローン１と無人船２との相互の画像認識をより確実に行うことができる。 Furthermore, the drone 1 may be provided with a drone side marker attached so as to be visible from below, and the unmanned vessel 2 may be provided with a drone side marker provided so as to be visible from above. In that case, the drone side image recognition device 31 of the drone 1 shown in FIG. 2 performs image recognition of the unmanned vessel side marker photographed by the drone side camera 32, and the unmanned vessel side image recognition device 31 of the unmanned ship 2 shown in FIG. Image recognition of the drone side marker captured by the ship side camera 32 is performed. As a result, even when the distance between the drone 1 and the unmanned vessel 2 is large or the visibility is poor due to early morning, dusk, fog, etc., the drone 1 and unmanned vessel 2 by the VPS 30 (see FIGS. 2 and 3). Mutual image recognition can be performed more reliably.

以上説明したように、本発明により、ドローン１の磁気コンパス２５（図２参照）の異常に対応することができる、ドローン１と無人船２によるテレメトリー連携システムを構築することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to construct a telemetry cooperation system by the drone 1 and the unmanned vessel 2 which can cope with the abnormality of the magnetic compass 25 (see FIG. 2) of the drone 1.

１：ドローン
２：無人船
２０：ＦＣ（フライトコントローラー）
２５：磁気コンパス
３０：ＶＰＳ（ビジョンポジショニングシステム）
３２：カメラ
５０：ＦＣ（フライトコントローラー）
６０：ドローンの絶対方位
６１：無人船の絶対方位
６２：ドローンから見た無人船の方向
６３：無人船から見たドローンの方向
７０：ドローンの絶対方位
７１：無人船の絶対方位
７２：ドローンから見た無人船の方向
７３：無人船から見たドローンの方向
1: Drone 2: Unmanned ship 20: FC (Flight controller)
25: Magnetic compass 30: VPS (vision positioning system)
32: Camera 50: FC (flight controller)
60: absolute direction of the drone 61: absolute direction of the unmanned vessel 62: direction of the unmanned vessel seen from the drone 63: direction of the drone viewed from the unmanned vessel 70: absolute direction of the drone 71: absolute orientation of the unmanned vessel 72: from the drone Unmanned vessel direction seen 73: Drone direction seen from unmanned vessel

Claims (5)

三次元移動可能なドローンと水面上移動可能な無人船とのテレメトリー連携システムであって、
前記ドローンは、ドローン側フライトコントローラー（以下「ＦＣ」という。）と、ドローン側ビジョンポジショニングシステム（以下「ＶＰＳ」という。）と、を備え、
前記無人船は、無人船側ＦＣと、無人船側ＶＰＳと、を備え、
前記ドローンと前記無人船とは、前記ドローン側ＦＣと前記ドローン側ＶＰＳが取得した情報と、前記無人船側ＦＣと前記無人船側ＶＰＳが取得した情報と、を相互にテレメトリー通信しており、
前記ドローンが認識した前記無人船の方位と前記無人船が認識した前記ドローンの方位とが相互に反対方位である場合は、前記ドローン側ＦＣが正常であると判断され、
前記ドローンが認識した前記無人船の方位と前記無人船が認識した前記ドローンの方位とが相互に反対方位でない場合は、前記ドローン側ＦＣが異常であると判断される、ことを特徴とするドローンと無人船とのテレメトリー連携システム。 A telemetry cooperation system of a three-dimensional movable drone and an unmanned ship movable on the surface, comprising:
The drone includes a drone flight controller (hereinafter referred to as "FC") and a drone vision positioning system (hereinafter referred to as "VPS").
The unmanned vessel comprises an unmanned vessel side FC and an unmanned vessel side VPS,
The drone and the unmanned vessel mutually telemetry communicate the information acquired by the drone side FC and the drone side VPS, and the information acquired by the unmanned vessel side FC and the unmanned vessel side VPS,
When the direction of the unmanned vessel recognized by the drone and the direction of the drone recognized by the unmanned vessel are opposite to each other, it is determined that the drone side FC is normal.
If the direction of the unmanned vessel recognized by the drone and the direction of the drone recognized by the unmanned vessel are not opposite to each other, it is determined that the drone side FC is abnormal. And telemetry cooperation system with unmanned vessels. 前記ドローン側ＦＣが異常であると判断された場合は、前記ドローンは、前記ドローン側ＦＣが取得した情報に代え前記無人船側ＦＣが取得した情報を採用することを特徴とする、請求項１に記載されたドローンと無人船とのテレメトリー連携システム。   When it is determined that the drone side FC is abnormal, the drone adopts the information acquired by the unmanned vessel side FC instead of the information acquired by the drone side FC. Telemetry cooperation system between the described drone and the unmanned vessel. 三次元移動可能なドローンと水面上移動可能な無人船とのテレメトリー連携システムであって、
前記ドローンは、ドローン側磁気コンパス、ドローン側カメラ、及びドローン側画像認識装置と、を備え、
前記ドローンは、前記ドローン側カメラが写し出した前記無人船を前記ドローン側画像認識装置が画像認識することで算出した方向と、前記ドローン側磁気コンパスが検出した絶対方位と、から前記ドローンから見た前記無人船の方位を算出し、
前記無人船は、無人船側磁気コンパス、無人船側カメラ、及び無人船側画像認識装置と、を備え、
前記無人船は、前記無人船側カメラが写し出した前記ドローンを前記無人船側画像認識装置が画像認識することで算出した方向と、前記無人船側磁気コンパスが検出した絶対方位とから前記無人船から見た前記ドローンの方位を算出し、
前記ドローンと前記無人船とは、前記ドローンから見た前記無人船の方位情報と、前記無人船から見た前記ドローンの方位情報と、を相互にテレメトリー通信しており、
前記ドローンから見た無人船の方位と、前記無人船から見た前記ドローンの方位と、が相互に反対方位である場合は、前記ドローン側磁気コンパスが正常であると判断され、
前記ドローンから見た前記無人船の方位と、前記無人船から見た前記ドローンの方位と、が相互に反対方位でない場合は、前記ドローン側磁気コンパスが異常であると判断される、ことを特徴とするドローンと無人船とのテレメトリー連携システム。 A telemetry cooperation system of a three-dimensional movable drone and an unmanned ship movable on the surface, comprising:
The drone includes a drone magnetic compass, a drone camera, and a drone image recognition device.
The drone is viewed from the drone from the direction calculated by image recognition of the drone-side image recognition device and the absolute direction detected by the drone-side magnetic compass from the unmanned ship captured by the drone-side camera Calculate the direction of the unmanned vessel,
The unmanned vessel comprises an unmanned vessel side magnetic compass, an unmanned vessel side camera, and an unmanned vessel side image recognition device;
The unmanned vessel is viewed from the unmanned vessel from the direction calculated by the unmanned vessel image recognition device recognizing the drone captured by the unmanned vessel camera and the absolute direction detected by the unmanned vessel magnetic compass Calculate the direction of the drone,
The drone and the unmanned vessel mutually telemetrically communicate the orientation information of the unmanned vessel viewed from the drone and the orientation information of the drone viewed from the unmanned vessel,
If the direction of the unmanned vessel viewed from the drone and the direction of the drone viewed from the unmanned vessel are opposite to each other, it is determined that the drone magnetic compass is normal.
When the direction of the unmanned vessel seen from the drone and the direction of the drone seen from the unmanned vessel are not opposite to each other, it is determined that the drone magnetic compass is abnormal. Telemetry cooperation system between the drone and the unmanned vessel. 前記ドローン側磁気コンパスが異常であると判断された場合は、前記ドローンは、前記ドローン側磁気コンパスが検出した絶対方位に代え前記無人船側磁気コンパスが検出した絶対方位を採用することを特徴とする、請求項３に記載されたドローンと無人船とのテレメトリー連携システム。   When it is determined that the drone magnetic compass is abnormal, the drone adopts the absolute azimuth detected by the unmanned vessel magnetic compass instead of the absolute azimuth detected by the drone magnetic compass. The telemetry cooperation system of the drone described in Claim 3, and an unmanned vessel. 前記ドローンは、下方から視認可能に取り付けられたドローン側マーカーを備え、
前記無人船は、上方から視認可能に取り付けられた無人船側マーカーを備え、
前記ドローン側ＶＰＳは、前記ドローン側カメラが写し出した前記無人船側マーカーを画像認識し、
前記無人船側ＶＰＳは、前記無人船側カメラが写し出した前記ドローン側マーカーを画像認識することを特徴とする、請求項３又は４に記載されたドローンと無人船とのテレメトリー連携システム。 The drone comprises a drone-side marker mounted visible from below,
The unmanned vessel comprises an unmanned vessel side marker mounted visible from above,
The drone side VPS image-recognizes the unmanned vessel side marker photographed by the drone side camera,
The telemetry cooperation system between a drone and an unmanned vessel according to claim 3 or 4, characterized in that the unmanned vessel side VPS performs image recognition on the drone side marker captured by the unmanned vessel side camera.
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