JP7400801B2 - 制御装置、制御方法、及びプログラム - Google Patents

制御装置、制御方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本開示は、制御装置、制御方法、及びプログラムに関する。
近年、ドローン等の小型の飛行体を用いて、空中から広範囲の領域に対して効率的に作業を行うことが検討されている。
例えば、以下の特許文献１には、飛行機体を用いて圃場に肥料等を散布する技術が開示されている。また、撮像装置を搭載したドローン等を用いて、空中から広範囲を撮像することも一般的に行われている。
飛行体を用いて作業を行う場合、作業中に、飛行体を所定の場所に安定して留まらせること、又は飛行体を所定の軌道に沿って安定して飛行させることが重要となる。そこで、例えば、強風などによって、ホバリング中の飛行体の位置が変わってしまった場合に、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）センサ等を用いて、強風前の位置に飛行体を自動的に戻す技術などが開発されている。
特開２０１８－１２７０７６号公報
しかし、上述した技術では、強風時に、飛行体の位置及び姿勢が一時的に不安定になることを防ぐことは困難であった。そのため、突発的な強風を受けた場合でも、飛行体を可能な限り安定した位置及び姿勢に留まらせることを可能とする技術が求められていた。
本開示によれば、少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信する受信部と、受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する風力予測部と、予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御する制御部と、を備える、制御装置が提供される。
また、本開示によれば、少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信することと、演算装置によって、受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測することと、予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御することと、を含む、制御方法が提供される。
さらに、本開示によれば、コンピュータを、少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信する受信部と、受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する風力予測部と、予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御する制御部と、として機能させる、プログラムが提供される。
本開示の一実施形態に係る制御装置によって制御される移動体の一例を示す説明図である。 同実施形態に係る制御装置の機能構成を説明するブロック図である。 所定の環境の各位置における風速ベクトルを表すヒートマップの一例を示す模式図である。 第２の移動体における風速ベクトルから、第１の移動体における風速ベクトルを予測する方法を説明する説明図である。 同実施形態に係る制御装置の動作の流れを説明するフローチャート図である。 風速計を備える複数の第２の移動体によって、撮像装置を備える第１の移動体に安定した飛行を行わせる例を示す説明図である。 風速計及び撮像装置を備える複数の第１の移動体にて相互に安定した飛行を行わせる例を示す説明図である。 第１の移動体、及び第２の移動体の配置例を示す説明図である。 第１の移動体、及び複数の第２の移動体の配置例を示す説明図である。 風速ベクトルを測定する風速計を備える観測機を説明する説明図である。 同実施形態に係る制御装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．制御装置の概要
２．制御装置の構成
３．制御装置の動作
４．バリエーション
５．ハードウェア構成
＜１．制御装置の概要＞
まず、図１を参照して、本開示の一実施形態に係る制御装置の概要について説明する。図１は、本実施形態に係る制御装置によって制御される移動体の一例を示す説明図である。
なお、以下では、移動体の一例として飛行体を例示するが、本実施形態に係る制御装置にて制御される移動体は、かかる例示に限定されない。制御装置にて制御される移動体は、飛行していなくともよい。
図１に示すように、本実施形態に係る制御装置は、飛行する第１の移動体１０の位置及び姿勢を制御する。具体的には、本実施形態に係る制御装置は、風速計を備えた第２の移動体２０にて測定された風速ベクトルに基づいて、空中から広範囲の領域に対して作業を行う第１の移動体１０の位置及び姿勢を制御する。なお、本実施形態に係る制御装置は、風速計を備えた第２の移動体２０の位置及び姿勢もさらに制御してもよい。
第１の移動体１０は、例えば、撮像装置３０を備え、回転翼によって飛行するヘリコプター又はマルチコプター等の飛行体である。第１の移動体１０は、例えば、撮像装置３０を用いて、広範囲の領域を空中から撮像することができる。
ただし、第１の移動体１０は、空中から広範囲の領域に対して作業を行うものであれば、撮像装置３０以外の装置を備えていてもよい。例えば、第１の移動体１０は、空中から広範囲の地形を測定する測定装置、又は空中から広範囲の領域に液体又は固体を散布する散布装置を備えていてもよい。
第１の移動体１０は、空中から広範囲の領域に対して作業を行うため、位置及び姿勢が安定していることが重要となる。具体的には、第１の移動体１０は、突発的な強風等を受けた場合でも、位置及び姿勢を可能な限り乱されずに飛行することが重要となる。
第２の移動体２０は、例えば、風速計を備え、第１の移動体１０と同様に回転翼によって飛行するヘリコプター又はマルチコプター等の飛行体である。第２の移動体２０は、風速計を用いて第２の移動体２０の位置における風速ベクトルを測定する。
本実施形態に係る制御装置は、第２の移動体２０にて測定された風速ベクトルに基づいて、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を予測し、予測した風力に基づいて第１の移動体１０を制御する。これによれば、制御装置は、第１の移動体１０に加わる風力を打ち消すような推進力を第１の移動体１０に生じさせることができるため、第１の移動体１０の位置及び姿勢が強風等の外乱によって乱されることを抑制することができる。
本実施形態に係る制御装置は、第１の移動体１０に備えられた制御ユニットであってもよい。または、本実施形態に係る制御装置は、第１の移動体１０、及び第２の移動体２０と無線通信することが可能な情報処理装置であってもよい。
＜２．制御装置の構成＞
続いて、図２～図４を参照して、上記で概要を説明した本実施形態に係る制御装置の構成について、具体的に説明する。以下では、本実施形態に係る制御装置は、第１の移動体１０に備えられており、第１の移動体１０の駆動全般を制御するものとして説明を行う。図２は、本実施形態に係る制御装置の機能構成を説明するブロック図である。
図２に示すように、本実施形態に係る制御装置１００は、目標値生成部１１０と、位置制御部１２１と、姿勢制御部１２３と、駆動制御部１３０と、センサ部１４１と、位置・姿勢推定部１４３と、風速センサ部１５１と、受信部１５３と、風力予測部１５５と、ＦＦ制御部１５７と、を備える。
目標値生成部１１０は、第１の移動体１０の位置及び姿勢の目標値を生成する。具体的には、目標値生成部１１０は、第１の移動体１０を無線操縦する送信機から送信された移動指示、又は第１の移動体１０の内部で生成された移動計画に基づいて、第１の移動体１０の位置及び姿勢の目標値を生成する。例えば、目標値生成部１１０は、所定時刻における第１の移動体１０のｘ、ｙ、ｚ座標（すなわち、位置）の目標値と、ヨー角（すなわち、姿勢）の目標値とを生成してもよい。
位置制御部１２１は、第１の移動体１０の位置を制御する指示値を生成し、さらに第１の移動体１０の姿勢角の目標値を生成する。具体的には、位置制御部１２１は、第１の移動体１０の位置及び姿勢の目標値と、第１の移動体１０の位置及び姿勢の推定値との間の誤差を算出し、算出した誤差を補正するための位置及び姿勢の制御の指示値と、姿勢角の目標値とを生成する。例えば、位置制御部１２１は、第１の移動体１０のｘ、ｙ、ｚ座標（すなわち、位置）及びヨー角（すなわち、姿勢）を制御するための駆動部（図示せず）への指示値と、第１の移動体１０のロール角及びピッチ角（すなわち、姿勢角）の目標値とを生成してもよい。
姿勢制御部１２３は、第１の移動体１０の姿勢角、及び姿勢角速度の制御の指示値を生成する。具体的には、姿勢制御部１２３は、第１の移動体１０の姿勢角の目標値と、第１の移動体１０の姿勢角の推定値との間の誤差を算出し、算出した誤差を補正するための姿勢角の制御の指示値を生成する。また、姿勢制御部１２３は、姿勢角と同様に、第１の移動体１０の姿勢角速度の目標値と、第１の移動体１０の姿勢角速度の推定値との間の誤差を算出し、算出した誤差を補正するための姿勢角速度の制御の指示値を生成する。例えば、姿勢制御部１２３は、第１の移動体１０のロール角及びピッチ角（すなわち、姿勢角）を制御するための駆動部（図示せず）への指示値と、ロール角速度及びピッチ角速度（すなわち、姿勢角速度）を制御するための駆動部（図示せず）への指示値とを生成してもよい。
センサ部１４１は、第１の移動体１０の状態をセンシングする。具体的には、センサ部１４１は、第１の移動体１０の位置及び姿勢に関する情報をセンシングする。センサ部１４１は、例えば、ＲＧＢカメラ、グレースケールカメラ、ステレオカメラ、デプスカメラ、赤外線カメラ、若しくはＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）カメラ等の各種カメラ、ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）、気圧センサ、磁気センサ又はＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）センサを備えていてもよい。なお、センサ部１４１は、複数のセンサを備えていてもよいことは言うまでもない。
位置・姿勢推定部１４３は、センサ部１４１にてセンシングされた第１の移動体１０の位置及び姿勢に関する情報に基づいて、第１の移動体１０の位置及び姿勢を推定する。具体的には、位置・姿勢推定部１４３は、センサ部１４１が備える複数のセンサによる観測値を統合することで、第１の移動体１０の位置・姿勢、速度、及び角速度を推定する。例えば、位置・姿勢推定部１４３は、カルマンフィルタを用いることで、第１の移動体１０の位置・姿勢、速度、及び角速度を推定してもよい。
風速センサ部１５１は、第１の移動体１０における風速ベクトルを測定する。具体的には、風速センサ部１５１は、第１の移動体１０における風の強さ及び風向きを測定してもよい。例えば、風速センサ部１５１は、第１の移動体１０に搭載された風向風速計であってもよい。
受信部１５３は、第１の移動体１０の外部の風速計にて観測された風速ベクトルに関する情報を少なくとも１つ以上受信する。具体的には、受信部１５３は、第１の移動体１０の周囲に存在する第２の移動体２０又は観測機に備えられた風速計から、該風速計にて測定された風速ベクトルに関する情報を少なくとも１つ以上受信する。例えば、受信部１５３は、第２の移動体２０に備えられた風速計にて測定された風の強さ及び風向きに関する情報、第２の移動体２０の位置及び姿勢に関する情報、並びに風速ベクトルを測定した時刻に関する情報を第２の移動体２０から受信してもよい。受信部１５３は、例えば、公知の方式による無線通信によって、第２の移動体２０又は観測機に備えられた風速計から風速ベクトルに関する情報を受信してもよい。また、受信部１５３は、異なる位置の複数の風速計にて測定された風速ベクトルに関する情報をそれぞれ受信してもよい。
風力予測部１５５は、第１の移動体１０の外部の風速計にて観測された風速ベクトルに基づいて、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を予測する。具体的には、風力予測部１５５は、第２の移動体２０の風速計にて測定された風速ベクトルに基づいて、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を予測する。
例えば、風力予測部１５５は、第１の移動体１０の外部の複数の風速計にて測定された風速ベクトルを用いて流体シミュレーションを行うことで、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を予測してもよい。流体シミュレーションは、ナビエ－ストークス方程式と連続の式、その他エネルギーの式、及びマクスウェルの方程式等を連立させて数値的に解くことで行うことができる。
このような場合、風力予測部１５５は、第１の移動体１０の周囲の環境の構造に関する情報をさらに用いることで、図３に示すような第１の移動体１０の周囲の風速ベクトルの大きさ及び方向をマッピングしたヒートマップを作成してもよい。図３は、所定の環境の各位置における風速ベクトルを表すヒートマップの一例を示す模式図である。これによれば、風力予測部１５５は、第１の移動体１０の位置における所定時間後の風速ベクトルを正確に予測することができるため、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を正確に予測することができる。
または、風力予測部１５５は、第１の移動体１０を風下とする風速計にて測定された風速ベクトルに対応する風が第１の移動体１０に伝搬していくと仮定することで、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を予測してもよい。このような場合、風力予測部１５５は、計算資源、及び風速ベクトルの観測結果が少ない場合でも、流体シミュレーションよりも簡便に、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を予測することができる。
以下では、かかる風力予測部１５５による簡便な風力の予測方法について図４を参照して説明する。図４は、第２の移動体２０における風速ベクトルから、第１の移動体１０における風速ベクトルを予測する方法を説明する説明図である。
図４に示すように、風力予測部１５５は、第１の移動体１０を風下とする第２の移動体２０の風速ベクトルが所定時間後に第１の移動体１０に伝搬すると仮定して、所定時間後の第１の移動体１０における風速ベクトルを予測してもよい。
具体的には、風力予測部１５５は、第１の移動体１０及び第２の移動体２０を結ぶベクトルＶｒと、第２の移動体２０にて観測した風速ベクトルＶｓとがなす角度θを計算する。次に、風力予測部１５５は、第１の移動体１０との距離が所定の範囲内となる第２の移動体２０の中で、角度θが最も小さくなる第２の移動体２０の風速ベクトルを用いて、所定時間後の第１の移動体１０における風速ベクトルを予測してもよい。または、風力予測部１５５は、角度θが最も小さくなる第２の移動体２０の風速ベクトルを用いて、所定時間後の第１の移動体１０における風速ベクトルを予測してもよい。
もしくは、風力予測部１５５は、第１の移動体１０との距離が最も短い第２の移動体２０の風速ベクトルを用いて、所定時間後の第１の移動体１０における風速ベクトルを予測してもよい。または、風力予測部１５５は、角度θが所定の範囲内である第２の移動体２０の中で第１の移動体１０との距離が最も短い第２の移動体２０の風速ベクトルを用いて、所定時間後の第１の移動体１０における風速ベクトルを予測してもよい。
例えば、第１の移動体１０の風速ベクトルＶｍと垂直であり、かつ第１の移動体１０を面内に含む平面Ｐｍと、第２の移動体２０の風速ベクトルＶｓと垂直であり、かつ第２の移動体２０を面内に含む平面Ｐｓとの距離Ｄｒが５ｍであるとする。また、第２の移動体２０の風速ベクトルＶｓの風速を１０ｍ／ｓであるとする。
このとき、第２の移動体２０の風速ベクトルＶｓが第１の移動体１０に伝搬する際にかかる時間Ｔは、Ｔ＝５（ｍ）／１０（ｍ／ｓ）＝０．５（ｓ）と仮定することができる。したがって、所定時間ｔ後の第１の移動体１０における風速ベクトルＶＭは、風速ベクトルＶｍと、第２の移動体２０の風速ベクトルＶｓとを以下の式１によって足し合わせることで予測することができる。
ＶＭ＝Ｖｍ×（１－ｔ／Ｔ）＋Ｖｓ×ｔ／Ｔ（ただし、ｔ≦Ｔ） ・・・式１
したがって、例えば、ｔ＝０．１である場合、風力予測部１５５は、０．１秒後の第１の移動体１０における風速ベクトルＶＭを、ＶＭ＝０．８Ｖｍ＋０．２Ｖｓと予測することができる。
これによれば、風力予測部１５５は、複雑な流体シミュレーションを行わずとも、所定時間後の第１の移動体１０における風速ベクトルをより簡便な方法で予測し、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を予測することができる。
ＦＦ制御部１５７は、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を打ち消す推進力を第１の移動体１０の駆動部（図示せず）に発生させるための指示値を生成する。具体的には、ＦＦ制御部１５７は、風力予測部１５５にて予測された第１の移動体１０に加わる風力を打ち消し、第１の移動体１０の位置及び姿勢を維持する推進力を駆動部に発生させるための指示値を生成する。すなわち、ＦＦ制御部１５７は、駆動部に対して、第１の移動体１０に加わると予測される風力を前もって打ち消すフィードフォワード（ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ）制御を行う。
駆動制御部１３０は、第１の移動体１０を駆動させる駆動部（図示せず）を制御する。具体的には、駆動制御部１３０は、ＦＦ制御部１５７、位置制御部１２１及び姿勢制御部１２３からの指示値に基づいて駆動部を制御することで、第１の移動体１０の位置及び姿勢を制御する。例えば、駆動制御部１３０は、ｘ、ｙ、ｚ座標、ヨー角、ロール角、ピッチ角、ロール角速度、及びピッチ角速度を制御するための指示値に、所定時間後の風力を打ち消すための指示値を加えた指示値に基づいて、モータ又はアクチュエータ等を制御することで、第１の移動体１０の位置及び姿勢を制御してもよい。
以上の構成を備える制御装置１００によれば、第１の移動体１０に加わる風力をあらかじめ予測することができるため、風力によって位置及び姿勢が変化しないように第１の移動体１０の駆動をフィードフォワード制御することができる。
＜３．制御装置の動作＞
次に、図５を参照して、本実施形態に係る制御装置１００の動作について説明する。図５は、本実施形態に係る制御装置１００の動作の流れを説明するフローチャート図である。
図５に示すように、まず、制御装置１００は、センサ部１４１にてセンシングされた情報に基づいて、第１の移動体１０の位置及び姿勢を推定する（Ｓ１０１）。次に、制御装置１００は、受信部１５３を介して、第２の移動体２０における風速ベクトルを含む風速情報を第２の移動体２０から受信したか否かを判断する（Ｓ１０３）。第２の移動体２０から風速情報を受信した場合（Ｓ１０３／Ｙｅｓ）、制御装置１００は、風速センサ部１５１にて、第１の移動体１０における風速ベクトルを含む風速情報を測定する（Ｓ１０５）。
続いて、制御装置１００は、風力予測部１５５にて、第１の移動体１０における風速ベクトル、第２の移動体２０における風速ベクトル、第１の移動体１０の位置及び姿勢に関する情報、及び第２の移動体２０の位置及び姿勢に関する情報に基づいて、所定時間後の第１の移動体１０に加わる風力を算出する（Ｓ１０７）。次に、制御装置１００は、ＦＦ制御部１５７にて、所定時間後の第１の移動体１０に対する風力による外乱を打ち消すための推進力を算出する（Ｓ１０９）。一方、第２の移動体２０から風速情報を受信していない場合（Ｓ１０３／Ｎｏ）、制御装置１００は、ＦＦ制御部１５７にて、所定時間後の第１の移動体１０に対する風力による外乱を打ち消すための推進力をゼロに設定する（Ｓ１１１）。
その後、制御装置１００は、駆動制御部１３０にて、第１の移動体１０の位置及び姿勢を制御するための指令値に、所定時間後の風力を打ち消す推進力を発生させるための指令値を加えた指令値に基づいて、第１の移動体１０の駆動部を制御する（Ｓ１１３）。
以上の動作の流れによれば、制御装置１００は、第２の移動体２０にて測定された風速ベクトルに基づいて、所定時間後の第１の移動体１０における風力を予測することができる。したがって、制御装置１００は、加えられた風力に対して位置及び姿勢を維持するように第１の移動体１０の駆動を制御することが可能になる。
＜４．バリエーション＞
次に、図６Ａ～図８を参照して、本実施形態に係る制御装置１００による制御のバリエーションについて説明する。
まず、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、本実施形態に係る制御装置１００によって駆動が制御される第１の移動体１０と、制御装置１００の制御に用いられる風速ベクトルを観測する風速計を備える第２の移動体２０との関係のバリエーションについて説明する。図６Ａは、風速計を備える複数の第２の移動体２０によって、撮像装置３０を備える第１の移動体１０に安定した飛行を行わせる例を示す説明図であり、図６Ｂは、風速計及び撮像装置３０を備える複数の第１の移動体１０にて相互に安定した飛行を行わせる例を示す説明図である。
図６Ａに示すように、制御装置１００は、撮像装置３０を備える第１の移動体１０の周囲に風速計を備えた複数の第２の移動体２０を配置し、複数の第２の移動体２０にて風速ベクトルを測定することで、第１の移動体１０の位置及び姿勢を安定化させてもよい。
第１の移動体１０は、空中から撮像という作業を行うため、突発的な強風等に対しても安定した位置及び姿勢を維持することが重要となる。そこで、制御装置１００は、第１の移動体１０の周囲を囲むように風速計を備えた第２の移動体２０を複数配置することで、風向きが時々刻々に変化した場合でも、常に、第１の移動体１０が第２の移動体２０の風下に位置するようにすることができる。これによれば、制御装置１００は、どのような風向きの風に対しても、第１の移動体１０の風上の第２の移動体２０にて風速ベクトルを測定することができるため、所定時間後の第１の移動体１０に加わる風力を高い精度で予測することができる。
図６Ｂに示すように、制御装置１００は、撮像装置３０及び風速計を備える複数の第１の移動体１０にて風速ベクトルを測定し、測定された風速ベクトルを相互に共有することで、第１の移動体１０の位置及び姿勢を安定させてもよい。
第１の移動体１０は、位置及び姿勢の制御のために風速計を備えていることがある。そこで、測定された風速ベクトルを複数の第１の移動体１０の間で共有することによって、制御装置１００は、風速ベクトルを測定する第２の移動体２０を用いずとも、複数の第１の移動体１０の位置及び姿勢を安定に制御することが可能となる。これによれば、制御装置１００は、第１の移動体１０、及び第２の移動体２０におけるエネルギー消費の効率を向上させることができる。
次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、本実施形態に係る制御装置１００による第１の移動体１０、及び第２の移動体２０の配置の制御のバリエーションについて説明する。図７Ａは、第１の移動体１０、及び第２の移動体２０の配置例を示す説明図であり、図７Ｂは、第１の移動体１０、及び複数の第２の移動体２０の配置例を示す説明図である。
図７Ａに示すように、制御装置１００は、第２の移動体２０の風下に第１の移動体１０が常に存在するように、第２の移動体２０の配置を制御してもよい。具体的には、制御装置１００は、第２の移動体２０にて測定された風速ベクトルＶｗの方向に第１の移動体１０が常に存在するように、第２の移動体２０の配置を制御してもよい。これによれば、制御装置１００は、第２の移動体２０にて測定された風速ベクトルＶｗに基づいて、所定時間後の第１の移動体１０に加わる風力をより高い精度で予測することができるようになる。
図７Ｂに示すように、制御装置１００は、複数の第２の移動体２０が第１の移動体１０を挟んで互いに反対側に位置するように、第２の移動体２０の配置を制御してもよい。具体的には、制御装置１００は、第１の移動体１０の風上、及び風下のそれぞれに第２の移動体２０が常に存在するように、第２の移動体２０の配置を制御してもよい。
例えば、制御装置１００は、第１の移動体１０にて測定された風速ベクトルＶｗの方向に、第１の移動体１０の風上側に第２の移動体２０Ａが常に存在し、第１の移動体１０の風下側に第２の移動体２０Ｂが常に存在するように、第２の移動体２０Ａ、２０Ｂの配置を制御してもよい。これによれば、制御装置１００は、風向きが突発的に変化した場合でも、第１の移動体１０の風上に第２の移動体２０が常に存在するようにすることができる。したがって、制御装置１００は、第１の移動体１０に対する第２の移動体２０の配置をより円滑に制御することができる。
なお、制御装置１００は、第１の移動体１０の位置、撮像方向、及び画角等に関する情報をさらに用いることで、第１の移動体１０の撮像装置３０の画角に第２の移動体２０が入り込まないように第２の移動体２０の配置を制御してもよい。また、第２の移動体２０の位置は、制御装置１００ではなく、第２の移動体２０自身にて制御されてもよい。
続いて、図８を参照して、本実施形態に係る制御装置１００において、第１の移動体１０に加わる風力の予測に用いられる風速ベクトルを取得する風速計のバリエーションについて説明する。図８は、風速ベクトルを測定する風速計を備える観測機を説明する説明図である。
図８に示すように、制御装置１００は、位置が固定された観測機４０に備えられた風速計にて測定された風速ベクトルに基づいて、所定時間後に第１の移動体１０に加わる風力を予測してもよい。すなわち、制御装置１００にて第１の移動体１０に加わる風力の予測に用いられる風速ベクトルは、第２の移動体２０のような移動可能な装置に設けられた風速計にて測定されてもよく、観測機４０のような位置が固定された装置に設けられた風速計にて測定されてもよい。制御装置１００は、測定位置、及び測定時刻が特定された風速ベクトルであればどのような風速ベクトルであっても、第１の移動体１０に加わる風力の予測に用いることができる。
＜５．ハードウェア構成＞
続いて、図９を参照して、本実施形態に係る制御装置１００のハードウェア構成について説明する。図９は、本実施形態に係る制御装置１００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
図９に示すように、制御装置１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）９０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）９０３、ホストバス９０５、ブリッジ９０７、外部バス９０６、インタフェース９０８、入力装置９１１、出力装置９１２、ストレージ装置９１３、ドライブ９１４、接続ポート９１５、及び通信装置９１６を備える。制御装置１００は、ＣＰＵ９０１に替えて、又はＣＰＵ９０１と共に、電気回路、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の処理回路を備えてもよい。
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置、及び制御装置として機能し、各種プログラムに従って制御装置１００内の動作全般を制御する。また、ＣＰＵ９０１は、マイクロプロセッサであってもよい。ＲＯＭ９０２は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラム及び演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０３は、ＣＰＵ９０１の実行において使用するプログラム、及びその実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。ＣＰＵ９０１は、例えば、目標値生成部１１０、位置制御部１２１、姿勢制御部１２３、駆動制御部１３０、位置・姿勢推定部１４３、風力予測部１５５、及びＦＦ制御部１５７の機能を実行してもよい。
ＣＰＵ９０１、ＲＯＭ９０２、及びＲＡＭ９０３は、ＣＰＵバスなどを含むホストバス９０５により相互に接続されている。ホストバス９０５は、ブリッジ９０７を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バス９０６に接続されている。なお、ホストバス９０５、ブリッジ９０７、及び外部バス９０６は、必ずしも分離構成されなくともよく、１つのバスにこれらの機能が実装されてもよい。
入力装置９１１は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等のユーザによって情報が入力される装置である。さらに、入力装置９１１は、例えば、上記の入力手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成する入力制御回路などを含んでもよい。また、入力装置９１１は、環境又は移動体の状態を観測し、観測結果に基づいて検出信号を生成するセンサ及び回路を含んでもよい。入力装置９１１は、例えば、センサ部１４１、及び風速センサ部１５１の機能を実行してもよい。
出力装置９１２は、情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置である。出力装置９１２は、例えば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ装置、レーザープロジェクタ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）プロジェクタ、又はランプ等の表示装置であってもよく、スピーカ、又はヘッドホン等の音声出力装置等であってもよい。
出力装置９１２は、例えば、制御装置１００による各種処理にて得られた結果を出力してもよい。具体的には、出力装置９１２は、制御装置１００による各種処理にて得られた結果を、テキスト、イメージ、表、又はグラフ等の様々な形式で視覚的に表示してもよい。または、出力装置９１２は、音声データ又は音響データ等のオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力してもよい。
ストレージ装置９１３は、制御装置１００の記憶部の一例として形成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等により実現されてもよい。例えば、ストレージ装置９１３は、記憶媒体、記憶媒体にデータを記録する記録装置、記憶媒体からデータを読み出す読出装置、及び記憶媒体に記録されたデータを削除する削除装置などを含んでもよい。ストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラム、各種データ及び外部から取得した各種のデータ等を格納してもよい。
ドライブ９１４は、記憶媒体用リーダライタであり、制御装置１００に内蔵又は外付けされる。ドライブ９１４は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記憶媒体に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０３に出力する。また、ドライブ９１４は、リムーバブル記憶媒体に情報を書き込むことも可能である。
接続ポート９１５は、外部機器と接続されるインタフェースである。接続ポート９１５は、外部機器とのデータ伝送可能な接続口であり、例えばＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）であってもよい。
通信装置９１６は、例えば、ネットワーク９２０に接続するための通信デバイス等で形成されたインタフェースである。通信装置９１６は、例えば、有線若しくは無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）用の通信カード等であってもよい。また、通信装置９１６は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）用のルータ、又は各種通信用のモデム等であってもよい。通信装置９１６は、例えば、インターネット、又は他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。通信装置９１６は、例えば、受信部１５３の機能を実行してもよい。
なお、ネットワーク９２０は、情報の有線又は無線の伝送路である。例えば、ネットワーク９２０は、インターネット、電話回線網若しくは衛星通信網などの公衆回線網、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）を含む各種のＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、又はＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などを含んでもよい。また、ネットワーク９２０は、ＩＰ－ＶＰＮ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ－Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの専用回線網を含んでもよい。
なお、制御装置１００に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭなどのハードウェアに対して、上述した本実施形態に係る制御装置１００の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供することが可能である。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信する受信部と、
受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する風力予測部と、
予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御する制御部と、
を備える、制御装置。
（２）
前記制御部は、前記風力を打ち消すように前記移動体の駆動を制御する、前記（１）に記載の制御装置。
（３）
前記風力予測部は、前記移動体に設けられた内部風速計にて測定された風速ベクトルにさらに基づいて、所定時間後の前記移動体に加わる風力を予測する、前記（１）又は（２）に記載の制御装置。
（４）
前記風力予測部は、前記移動体の周囲の環境情報にさらに基づいて、所定時間後の前記移動体に加わる風力を予測する、前記（１）～（３）のいずれか一項に記載の制御装置。
（５）
前記風力予測部は、異なる位置に設けられた複数の前記外部風速計にて測定された前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する、前記（１）～（４）のいずれか一項に記載の制御装置。
（６）
前記風力予測部は、前記移動体を風下とする前記外部風速計にて測定された前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する、前記（５）に記載の制御装置。
（７）
前記風力予測部は、前記移動体から所定の距離内に存在する前記外部風速計にて測定された前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する、前記（５）又は（６）に記載の制御装置。
（８）
前記外部風速計は、前記移動体と異なる他の移動体に設けられる、前記（１）～（７）のいずれか一項に記載の制御装置。
（９）
前記他の移動体は、前記移動体が風下方向に存在するように制御される、前記（８）に記載の制御装置。
（１０）
前記外部風速計が設けられた前記他の移動体は、複数であり、
前記他の移動体は、前記移動体を挟んで互いに反対側にそれぞれ位置するように制御される、前記（８）に記載の制御装置。
（１１）
前記他の移動体は、前記移動体の風上方向、及び風下方向にそれぞれ位置するように制御される、前記（１０）に記載の制御装置。
（１２）
前記移動体は、回転翼によって飛行する飛行体である、前記（１）～（１１）のいずれか一項に記載の制御装置。
（１３）
前記移動体は、撮像装置を備える、前記（１）～（１２）のいずれか一項に記載の制御装置。
（１４）
少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信することと、
演算装置によって、受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測することと、
予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御することと、
を含む、制御方法。
（１５）
コンピュータを、
少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信する受信部と、
受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する風力予測部と、
予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御する制御部と、
として機能させる、プログラム。
１０ 第１の移動体
２０ 第２の移動体
３０ 撮像装置
４０ 観測機
１００ 制御装置
１１０ 目標値生成部
１２１ 位置制御部
１２３ 姿勢制御部
１３０ 駆動制御部
１４１ センサ部
１４３ 位置・姿勢推定部
１５１ 風速センサ部
１５３ 受信部
１５５ 風力予測部
１５７ ＦＦ制御部

Claims (16)

  1. 少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信する受信部と、
    受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する風力予測部と、
    予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御する制御部と、
    を備え、
    前記風力予測部は、異なる位置に設けられた複数の前記外部風速計にて測定された前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測し、
    前記風力予測部は、前記移動体を風下とする前記外部風速計にて測定された前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する、
    制御装置。
  2. 少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信する受信部と、
    受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する風力予測部と、
    予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御する制御部と、
    を備え、
    前記外部風速計は、前記移動体と異なる他の移動体に設けられ、
    前記他の移動体は、前記移動体が風下方向に存在するように制御される、
    制御装置。
  3. 少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信する受信部と、
    受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する風力予測部と、
    予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御する制御部と、
    を備え、
    前記外部風速計は、前記移動体と異なる他の移動体に設けられ、
    前記外部風速計が設けられた前記他の移動体は、複数であり、
    前記他の移動体は、前記移動体を挟んで互いに反対側にそれぞれ位置するように制御される、
    制御装置。
  4. 前記制御部は、前記風力を打ち消すように前記移動体の駆動を制御する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の制御装置。
  5. 前記風力予測部は、前記移動体に設けられた内部風速計にて測定された風速ベクトルにさらに基づいて、所定時間後の前記移動体に加わる風力を予測する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の制御装置。
  6. 前記風力予測部は、前記移動体の周囲の環境情報にさらに基づいて、所定時間後の前記移動体に加わる風力を予測する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の制御装置。
  7. 前記風力予測部は、前記移動体から所定の距離内に存在する前記外部風速計にて測定された前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する、請求項１に記載の制御装置。
  8. 前記他の移動体は、前記移動体の風上方向、及び風下方向にそれぞれ位置するように制御される、請求項３に記載の制御装置。
  9. 前記移動体は、回転翼によって飛行する飛行体である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の制御装置。
  10. 前記移動体は、撮像装置を備える、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の制御装置。
  11. 少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信することと、
    演算装置によって、受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測することと、
    予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御することと、
    を含み、
    前記演算装置によって、異なる位置に設けられた複数の前記外部風速計にて測定された前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測することと、
    前記演算装置によって、前記移動体を風下とする前記外部風速計にて測定された前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測すること、
    をさらに含む、
    制御方法。
  12. 少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信することと、
    演算装置によって、受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測することと、
    予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御することと、
    を含み、
    前記外部風速計は、前記移動体と異なる他の移動体に設けられ、
    前記他の移動体は、前記移動体が風下方向に存在するように制御される、
    制御方法。
  13. 少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信することと、
    演算装置によって、受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測することと、
    予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御することと、
    を含み、
    前記外部風速計は、前記移動体と異なる他の移動体に設けられ、
    前記外部風速計が設けられた前記他の移動体は、複数であり、
    前記他の移動体は、前記移動体を挟んで互いに反対側にそれぞれ位置するように制御される、
    制御方法。
  14. コンピュータを、
    少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信する受信部と、
    受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する風力予測部と、
    予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御する制御部と、
    として機能させ、
    前記風力予測部は、異なる位置に設けられた複数の前記外部風速計にて測定された前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測し、
    前記風力予測部は、前記移動体を風下とする前記外部風速計にて測定された前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する、
    プログラム。
  15. コンピュータを、
    少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信する受信部と、
    受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する風力予測部と、
    予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御する制御部と、
    として機能させ、
    前記外部風速計は、前記移動体と異なる他の移動体に設けられ、
    前記他の移動体は、前記移動体が風下方向に存在するように制御される、
    プログラム。
  16. コンピュータを、
    少なくとも１つ以上の外部風速計にて測定された任意の時刻の風速ベクトルを受信する受信部と、
    受信した前記風速ベクトルに基づいて、所定時間後の移動体に加わる風力を予測する風力予測部と、
    予測された前記風力に基づいて、前記移動体の駆動を制御する制御部と、
    として機能させ、
    前記外部風速計は、前記移動体と異なる他の移動体に設けられ、
    前記外部風速計が設けられた前記他の移動体は、複数であり、
    前記他の移動体は、前記移動体を挟んで互いに反対側にそれぞれ位置するように制御される、
    プログラム。
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