JP6234679B2 - 外乱を引き起こす動きを最小化しながら搭載型カメラによる撮影を行うための回転翼無人機の操縦方法 - Google Patents
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Description
−無人機は支持体に接続されない飛行物体であるので、アーム及び釣り合いおもりが自在継手の高さにおいてカメラの重心をシフトする機械的な安定化システム(ステディカム技術)は使用することができない。
−組み込み型の小型部品であるカメラを選択する場合を考えると、重量及びかさの理由から、写真において一般的に適用される技法である、焦点面においてレンズ又はセンサーの光学素子をリアルタイムに変位させることによる安定化も考えることはできない。
−最後に、飛行中に収集されるジャイロデータの使用の有無にかかわらず、ビデオ画像の後処理は、無人機に搭載されるマイクロコンピュータの能力に合わないほど相対的に大きな計算リソースを必要とすることになり、わずかとは言えない待ち時間が生じ、無人機をリアルタイムに効率的に制御するのを妨げることになる。
ユーザーによって、前記無人機に送信されることになる軌道を表す1組のパラメーターによって規定される所定の撮影モードが選択されるステップであって、これらのパラメーターは、固定点における撮影モード又は変位中における撮影モードと;変位、並進又は回転のタイプと;変位の速度と;変位の方向又は軸と;変位の進行方向と;変位の持続時間と;撮影高度とを含むグループに属する、選択されるステップと、
前記1組のパラメーターから設定点値を生成し、これらの設定点を前記無人機の前記モーターを制御する処理サブシステムに適用するステップと、
前記パラメーターに一致する軌道上で前記無人機が安定すると、前記ビデオカメラによって前記撮影が開始されるステップとを含む。
並進段階中に、前記無人機が前記パラメーター化された変位速度に達することができるようにするのに適した水平速度サーボ制御閉ループ内に構成される前記処理サブシステムに適用され、
前記変位速度に達すると、前記サーボ制御閉ループを停止して、水平速度制御開ループ内に構成される前記処理サブシステムに適用される。
並進段階中に、前記無人機が前記変位速度に達することができるように、及び前記無人機のピッチ角及びロール角に対する角度設定点を生成することによって前記変位方向に追従できるようにするのに適している、速度サーボ制御閉ループ内に構成される前記処理サブシステムに適用され、
前記変位速度及び前記変位方向に達すると、前記サーボ制御閉ループを停止して、速度制御開ループ内に構成される前記処理サブシステムに適用することができる。
a)無人機を前方若しくは後方に移動するためにピッチ軸22を中心として旋回させること、及び/又は
b)無人機を左へ若しくは右へシフトするためにロール軸24を中心として旋回させること、及び/又は
c)無人機の主軸を、ひいては、前面に取り付けられたカメラ14が指す方向を、右若しくは左に旋回させるために、ヨー軸26を中心として回転させること、及び/又は
d)無人機の高度をそれぞれ下げるか若しくは上げるように、スロットル速度を変更することにより、下向き28に若しくは上向き30に並進させること、
により、無人機を動かすことからなる。
−図2、図3、図6及び図10においてより詳細に参照されるトラッキングモード(「固定面モード」は、変位速度が0である場合のトラッキングモードの特殊な事例とみなすことができる);
−図4、図7及び図11においてより詳細に参照されるパノラマモード;
−図5、図8及び図12においてより詳細に参照されるブーム面モード、である。
ここで、次に、本発明のシステムによって、これらの軌道がいかに達成されるかが説明される。
−uは、無人機の主軸のラインにおける(ロール軸24に沿った)並進の水平速度の成分である。
−vは、横断方向のラインにおける(ピッチ軸22に沿った)並進の水平速度の成分である。
−wは、並進の垂直速度である。
これら全ては無人機に関連する座標系内にあり、それゆえ、地球の座標系に対する無人機の傾斜から独立している。
p、q、及びrは3つの軸上の角速度であり、
gは重力の加速度であり、
φ及びθは、水平線に対する無人機の傾斜を規定する2つの角度(オイラー角)であり、
Cx及びCyは、2つの水平軸における前進に対する抵抗の係数(無人機が受ける摩擦力を表す)であり、
aは、推力及び上昇速度を回転速度ωに関連付ける係数であり、
mは無人機の質量である。
Ix、Iy及びIzは、3つの軸における無人機の慣性係数を表すパラメーターであり、lは、モーターと無人機の重心との間の距離である。
図10は、安定化されたトラッキングモード(又は速度設定点が0である場合には安定化された固定面モード)における撮影を実行するために図9の略図に対して加えられる変更を示す。
−その軌道を断念し、手動操縦を再開することによって、又は
−閉ループの設定点上に重ね合わせられるわずかな補正を重ね合わせることによって、ユーザーが飛行を管理できることが望ましい。これらのわずかな補正は、画像の揺れを引き起こす場合があるが、撮影の操作者でもあるユーザーは、いつでも自分が好むもの、すなわち、固定された画像及び外れた軌道、又は画像の動き及びより忠実な軌道(それはトラッキングの場合に特に非常に有用である)を選択できることが重要である。
図11は、パノラマモードにおける撮影を実行するために図9の略図に対して加えられる変更を示す。
Vは接線方向の速度(無人機の軸v上の横方向速度)であり、
Rは円の半径、すなわち、ヨー軸(無人機の慣性中心を通過する垂直軸)とカメラの開口部を通過する垂直軸との間のオフセットである。
図12は、ブームモードにおける撮影を実行するために図9の略図に対して加えられる変更を示す。
−水平方向の動きに関して、ユーザーによってパラメーター化された一定の速度設定点が、カメラの動きを最小化するために、場合によっては外乱(一定の風)を補償して、角度コマンドに変換される。
−垂直方向の動きに関して、ユーザーによってパラメーター化された点(X,Y,Z)にできる限り迅速に到達できるように、水平速度から独立して、ユーザーによって選択された最大速度値から上昇速度又は降下速度が規定される。現在の位置が所望の位置に近いとき、その制御は停止され、その後、所定のラインにおいて一定の速度で、かつ完全に自動的に、ブーム面モードにおける撮影を開始することができる。
Claims (14)
- 遠隔制御装置(16)によって、それぞれのモーター(110)によって駆動される複数のローター(12)を有する回転翼無人機(10)を操縦するための方法であって、該モーターは姿勢及び速度に関して該無人機を操縦するために別々に制御されることができ、
前記無人機は、該無人機から見える目標物の一連の画像を取り込み、この一連の画像を前記装置に送信するのに適している搭載型ビデオカメラ(14)を備え、
該方法は、
ユーザーによって、前記無人機に送信されることになる軌道を表す1組のパラメーター(46〜48;58〜64;66〜72)によって規定される所定の撮影モードが選択されるステップであって、これらのパラメーターは、固定点における撮影モード又は変位がある撮影モードと、変位、並進又は回転のタイプと、変位の速度と、変位の方向又は軸と、変位の進行方向と、変位の持続時間と、撮影高度とを含むグループに属する、1組のパラメーターによって規定される所定の撮影モードが選択されるステップと、
前記1組のパラメーターから設定点値を生成し(152、160、164)、これらの設定点を前記無人機の前記モーターを制御するための処理サブシステム(100〜150)に適用するステップと、
前記パラメーターに一致する軌道上で前記無人機が安定すると、前記ビデオカメラ(14)によって撮影が開始されるステップとを特徴とする、遠隔制御装置によって、それぞれのモーターによって駆動される複数のローターを有する回転翼無人機を操縦するための方法。 - 前記撮影モードは固定点モードであり、
前記1組のパラメーターは、回転及び並進の変位速度が0である軌道を表す、請求項1に記載の方法。 - 前記撮影モードは前方トラッキングモード又は側方トラッキングモードであり、
前記1組のパラメーターは、水平方向に沿った一定の変位速度での並進軌道を表し、この水平方向は前方トラッキングの場合には前記カメラの軸(Δ)に対して平行であり、側方トラッキングの場合には前記カメラの軸(Δ)に対して直角を成し、
前記軌道は前方トラッキングの場合には前又は後に向けられ、側方トラッキングの場合には左又は右に向けられる、請求項1に記載の方法。 - 前記設定点値は、前方トラッキングの場合には前記無人機のピッチ角に対する角度設定値の形で、又は側方トラッキングの場合には前記無人機のロール角に対する角度設定点の形で生成され、これらの角度設定点は、
並進段階中に、前記無人機が前記パラメーター化された変位速度に達することができるようにするのに適した水平速度サーボ制御閉ループ内に構成される前記処理サブシステムに適用され、
前記変位速度に達すると、前記サーボ制御閉ループが停止され、水平速度制御開ループ内に構成される前記処理サブシステムに適用される、請求項3に記載の方法。 - 前記設定点を生成することは、前記無人機の前記変位方向における風の成分を補償する水平速度を表す付加的な設定点を生成すること(128)を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記付加的な設定点は、前記水平速度サーボ制御の誤差が所定のしきい値未満となるときに一定の値に固定される、請求項5に記載の方法。
- 前記撮影モードはパノラマモードであり、
前記1組のパラメーターは、前記カメラの撮影軸(Δ)に対して直角を成す垂直軸(26)を中心としたいずれかの進行方向における回転軌道を表す、請求項1に記載の方法。 - 前記垂直軸は前記無人機のヨー軸であり、前記設定点値は0のピッチ角設定点及びロール角設定点を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記生成された設定点値は、前記垂直軸を中心とした連続回転を特に生成し、角度サーボ制御閉ループ内に構成される前記処理サブシステムに適用される一定のヨー設定点を含み、前記ピッチ角設定点及び前記ロール角設定点は、水平速度サーボ制御閉ループが停止された前記処理サブシステムに適用される、請求項8に記載の方法。
- 前記垂直軸は前記カメラの入力開口部を通過する垂直軸であり、前記設定点値は、水平面内に延在し、前記カメラの該入力開口部を中心にした円形軌道に沿った動きを特に生成するためのピッチ角設定点及びロール角設定点を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記生成された設定点値は、各撮影後に増分される機首方位基準値によって規定される角度的にオフセットされた固定点間の、前記垂直軸を中心とした一連の段階的な回転を特に生成し、角度サーボ制御閉ループ内に構成された前記処理サブシステムに適用されるヨー設定点を含む、請求項10に記載の方法。
- 前記撮影モードはブーム面モードであり、
前記1組のパラメーターは、水平面と或る角度を成す方向に沿った、いずれかの進行方向における一定の速度での並進軌道を表す、請求項1に記載の方法。 - 前記設定点値は、
並進段階中に、前記無人機が前記変位速度に達することができるように、及び前記無人機のピッチ角及びロール角に対する角度設定点を生成することによって前記変位方向に追従できるようにするのに適している、速度サーボ制御閉ループ内に構成される前記処理サブシステムに適用され、
前記変位速度及び前記変位方向に達すると、前記サーボ制御閉ループを停止して、速度制御開ループ内に構成される前記処理サブシステムに適用される、請求項12に記載の方法。 - 前記ユーザーによって、前記1組のパラメーターから生成された前記設定点値に重ね合わせられる軌道補正コマンドが適用されることを更に含む、請求項1に記載の方法。
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