JPH11105797A - 着陸装置 - Google Patents
着陸装置Info
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- JPH11105797A JPH11105797A JP9273199A JP27319997A JPH11105797A JP H11105797 A JPH11105797 A JP H11105797A JP 9273199 A JP9273199 A JP 9273199A JP 27319997 A JP27319997 A JP 27319997A JP H11105797 A JPH11105797 A JP H11105797A
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- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
る地形を回避して自動的に着陸しようとする場合、地形
を認識するための機器を搭載する必要があり、そのため
の重量、電力、搭載スペース及び費用が必要になるとい
う問題点があった。 【解決手段】 月面着陸機の1部が月面に接触したこと
により生じる回転角速度から接触を検知すると共にこの
角速度を用いて回避すべき方向を決定し、回避のための
誘導目標を設定することで自動的に障害となる地形を回
避することができる。
Description
天体の陸上へ向けて降下し着陸する装置に係り、特に陸
上で着陸の障害となる地形を自動的に回避する着陸装置
に関する。
について説明する。月面着陸機は転倒しないような平坦
地に着陸する必要があり、そのためには着陸の障害とな
るような凸地形や凹地形を回避する必要がある。従来の
月面着陸機においては障害地形の回避に関してつぎの3
種類に大別して捉えることができる。まず、米国のアポ
ロ計画の例に見られるような有人の月面着陸機において
は人間の視覚を用い、障害地形の無い領域へ手動にて誘
導する。次に、米国のサーベイヤ計画の例に見られるよ
うに、無人機ではあるが障害の検知及び回避の機能を持
たず、出来るだけ障害の少ない地点を着陸地点として事
前に選定し、その地点へ降下していくよう軌道を計画す
る。第3には、宇宙開発事業団技術報告NASDA−T
MR−960031「月面着陸実験機の構想」に示され
ているようにカメラ、レーザレーダ、あるいは電波レー
ダを用いて地形を観測しその形状と大きさから障害を検
出し、これを回避するように誘導制御を実施する。
うこの方法について詳しく説明する。図16は上記文献
から類推される月面着陸機の形態のうちカメラを用いた
場合の例についての外観図である。1は凸地形及び凹地
形をもつ月面、2は脚を含む月面着陸機本体、3は慣性
計測装置、4はスラスタ、5は月面を撮影するためのC
CDカメラ、6はCCDカメラ5を制御するとともにC
CDカメラ5からの画像信号を処理し障害の無い地点の
座標を着陸目標点座標として出力する画像処理回路、7
は慣性計測装置3の検出値と画像処理回路6の着陸目標
点座標を基にスラスタの駆動信号を生成する誘導制御計
算機である。図17は誘導制御計算機7を中心としたこ
の月面着陸機の機能ブロック図である。8は画像処理回
路6と慣性計測装置3とスラスタ4との信号入出力を制
御するインタフェース部、9は慣性計測装置3からの回
転角速度と並進加速度をもちいて自律的に演算処理を行
い月面着陸機の姿勢と角速度と位置と速度と水平面内角
連度ベクトルと月心ベクトルからなる航法結果を得る航
法処理部、10は画像処理回路6からの信号を基に障害
物を回避した目標点座標を書き込む着陸目標点メモリ、
11はこの目標点へ誘導するための制御目標信号を生成
する誘導処理部、12は航法処理部9からの航法結果と
誘導処理部11からの制御目標信号をもちいてスラスタ
駆動信号を生成する制御処理部である。
6ではCCDカメラ5から得られた画像信号から岩やク
レータや等の着陸に不適切な凸地形及び凹地形の無い領
域を抽出する。さらに、その領域の中心位置を求め着陸
目標点座標として出力する。誘導制御計算機7は画像処
理回路6からの着陸目標点座標を着陸目標点メモリ10
へ新たな座標値として書き込む。書き込まれたこの座標
値は誘導処理部11において誘導目標値として認識され
る。誘導処理部11ではこの誘導目標値を実現するため
の制御目標値を生成し制御処理部12へむけて出力す
る。制御処理部12では航法処理部9からの航法結果と
誘導処理部11からの制御目標信号をもちいて閉ループ
の制御系を構成し、航法結果が制御目標値に対応した値
に近付くようスラスタ駆動信号を生成する。スラスタ4
は制御処理部12からのスラスタ駆動信号によってスラ
スタを駆動し月面着陸機本体2に回転トルク及び並進力
を与える。その結果、月面着陸機は画像処理回路6にて
得られた目標地点へ向けて移動し降下、着陸する。ここ
ではCCDカメラ5を用いた例について説明したが、レ
ーザレーダや電波レーダを用いた場合においても画像処
理回路6と同様の画像処理の操作を行い障害の無い領域
の抽出およびその領域の位置を演算処理することに変わ
りはない。したがって、CCDカメラ5の代りにレーザ
レーダや電波レーダを用いた場合も目標地点へ向けて移
動し降下、着陸を行うことになる。
形など着陸の障害となる地形を回避して自動的に着陸し
ようとする従来の月面着陸機は以上のように構成される
ため、CCDカメラもしくはレーザレーダあるいは電波
レーダと画像処理回路が必要であり、これらの機器を搭
載する必要があった。当然のことながらこれらの機器を
搭載するために重量、電力、搭載スペースを割く必要が
あり費用も掛かるという課題があった。また、CCDカ
メラを用いる場合には月面への日照が必要であり着陸地
点の選択と着陸の時間的なタイミングに大きな制約を受
け、運用の柔軟性にかけるという問題があった。また、
レーザレーダや電波レーダを用いた場合にはその分解能
がCCDカメラより荒く、大局的な障害しか検知できな
いという問題点があった。
陸機は、この着陸機本体の1部が月面に接触したことに
より生じる回転角速度から接触を検知すると共にこの角
速度を用いて回避すべき方向を決定し、回避のための誘
導目標を設定することでCCDカメラや画像処理回路を
用いずに自動的に障害となる地形を回避し着陸するもの
である。
1の発明に障害の検知回数と回避方向によって障害物の
規模を判別し、さらに着陸目標点までの距離を自動的に
変更する機能を付加したものである。
1の発明における回転角速度を用いた障害検知手法を回
転角速度の変化率から検知する手法へ置き換えたもので
ある。
1の発明における回転角速度を用いた障害検知手法を、
回転角速度とその変化率の和から検知する手法へ置き換
えたものである。
面との接触による力を伝える接触ポールを月面着陸機本
体に取付け回避方向をより精度よく求めるものである。
面近傍での月面着陸機の外観図である。1は凸地形及び
凹地形をもつ月面、2は脚を含む月面着陸機本体、3は
慣性計測装置、4はスラスタであり、これらは従来のも
のと同じである。7はこの発明における誘導制御計算機
である。図2は図1の誘導制御計算機7の機能ブロック
図である。図2において8はインタフェース部、9は航
法処理部、11は誘導処理部、12は制御処理部であ
り、これらは従来のものと同じである。図2における1
3は障害物との接触を検出すると共に回避すべき方向を
決定しさらに新たな誘導目標値を与える障害物検知・回
避指令部であり、10は障害物検知・回避指令部13か
らの信号を得て着陸目標点を書き換えて記憶する着陸目
標点書き換えメモリである。図3は障害物検知・回避指
令部13の信号処理ブロック図である。図3において1
4は航法処理部9からの水平面内における月面着陸機角
速度ベクトルωを取込みその大きさを事前に設定したス
レッショルド値Pと比較することにより障害物への接触
の有無を判断し出力Jとしてこれを出力する障害物検知
ロジック部である。15は航法処理部9から角速度ベク
トルωと月心の方向を示す月心ベクトルLを取込み、障
害物検知ロジック部14の出力Jをもとに新たな誘導目
標値を生成する回避目標発生ロジック部である。回避目
標発生ロジック部15において16は月心方向ベクトル
Lと角速度ベクトルωの外積をとるベクトル外積部、1
7はこの外積結果に障害物検知ロジック部14の出力を
乗算する乗算部、18は乗算部17の結果に定数ゲイン
を乗じて目標位量ベクトルを生成する定数ゲイン部、1
9は定数ゲイン部18の結果である目標位置ベクトルか
らX軸方向及びY軸方向の着陸目標点を求めるベクトル
分解部である。
図の1例である。図5は図4の状況を上方から見た場合
を示す原理図であり、月面1の凸地形を等高線にて表現
している。これらの図において月面着陸機本体2は降下
率Vhにて月心へ向けて降下しており、月面1の凸地形
に月面着陸機本体2の一部が接触すると、月面着陸機本
体2は重心CG周りに回転運動を始める。月面着陸機本
体2の接触した部分を点Eとすれば、接触によって生じ
る回転運動の速度ベクトルωは点Eと重心CGを結ぶ線
分に直交する。このままさらに降下を続行すれば回転が
進行して転倒する危険があるため、凸地形の月面1を回
避する方向に移動する必要がある。移動するべき方向は
点Eから重心CGに向かうベクトルの水平面***影成分
と同じ方向であるとする。これは重心CGから見て接触
を起こした点Eから遠ざかる方向へ移動することをを意
味している。ただし、接触した点Eが月面着陸機本体2
においてどの部分であるかを月面着陸機自身で知ること
は出来ない。そこで、点Eから遠ざかる方向を間接的に
導くため、回転角速度ベクトルωと月心方向ベクトルL
の外積L×ωをとり、その結果を回避のための目標方向
とする。角速度ωは接触によって発生したものであり、
これを回避のための目標方向検出に利用するのはその因
果関係からみて合理的である。また、外積L×ωの方向
が点Eから遠ざかる方向を示すことは図4及び図5から
明白である。
作について図3を用いて説明する。角速度ベクトル外積
部16において外積L×ωをとり、上記の原理にて回避
すべき方向を決定する。この時に、障害物の接触によら
ず、慣性計測装量3のノイズ等によって不必要な誘導目
標値が発生するのを防ぐため、障害物検知ロジック部1
4の出力Jとの乗算を乗算部17にて行う。障害物検知
ロジック部14では月面着陸機角速度ベクトルωの大き
さについて事前に設定したスレッショルド値Pと比較
し、スレッショルドの値よりも大きければ障害物との接
触があったものとみなして出力Jを1に、小さければ接
触がなかったものとみなして出力Jをゼロとするため、
乗算部17の出力は接触があった場合のみ非ゼロの値と
なる。定数ゲイン部18では乗算部17の出力に事前に
設定した係数を乗じて新たな目標位置ベクトルを得る。
ベクトル分解部19では定数ゲイン部18の結果である
目標位置ベクトルをX軸方向及びY軸方向の位量の着陸
目標点座標Xn、Ynに分解する。
検知・回避指令部13の障害物検知ロジック部14の出
力Jが1になった場合のみベクトル分解部19の着陸目
標点座標Xn、Ynを受け入れてメモリ内容を書き換え
る。誘導制御部11はこの着陸目標点書き換えメモリ1
0の内容を着陸目標点座標として取込み従来の方法と同
様に制御目標値を生成する。その結果、慣性計測装置
3、制御処理部12及びスラスタ4を用いた制御動作に
より、接触した点Eから遠ざかる水平面内位置にて接触
前と同様の降下を再開し着陸する。
態2.における誘導制御計算機7の機能ブロック図であ
る。20は地形規模の判別を行いその結果に基づいて着
陸目標点座標を設定する地形規模判別型障害物検知・回
避指令部である。図7はこの発明の実施の形態2.にお
ける地形規模判別型障害物検知・回避指令部20の信号
処理ブロック図である。21は地形規模判別部、22は
地形規模判別部21の結果をとりこむことのできる地形
規模判別型回避目標発生ロジック部、23は可変ゲイン
部である。図8はこの発明の実施の形態2.における地
形規模判別部21の信号処理ブロック図である。24は
符号付き障害物検知ロジック部、25はアップダウンカ
ウンタ、26はゲイン変更ロジック部である。符号付き
障害物検知ロジック部24では航法処理部9から月面着
陸機の角速度ωを取込み、その値の大きさと符号につい
て事前に設定したスレッショルド値Pにて判別を行い、
ωが正の値で大きさがP以上であれば出力を1に、ωが
負の値で大きさがP以上であれば出力を−1に、ωの大
きさがP未満であれば出力をゼロにする。アップダウン
カウンタ25では符号付き障害物検知ロジック部24の
出力をカウントする。ゲイン変更ロジック部26ではア
ップダウンカウンタ25の値を事前に設定したスレッシ
ョルド値と比較し、スレッショルド値を超えた場合には
可変ゲイン部23のゲインを大きくする。この他は実施
の形態1.と全く同じである。
る。図9は比較的規模の大きな月面の地形に降下した場
合の飛行経路の1例を示す概念図である。図9において
点AAへ向けて降下してきた月面着陸機本体2は、点A
Aに着陸する前に点Eにて第1回目の接触を起こし、点
Eから離れる方向に移動して点BBに向けて降下を再開
する。これは実施形態1.の場合と同じであるが、アッ
プダウンカウンタ25ではアップカウントされるものと
する。続いて点BB到着直前においても第2回目の接触
を起こし、接触した点から離れる方向に移動しようとす
る。この時のアップダウンカウンタ25の値はさらにア
ップカウントされており、事前に設定したスレッショル
ド値を超えるものとする。その場合には着陸に支障を来
たす規模の大きな地形であったとみなし、可変ゲイン部
23のゲインを大きくする。その結果、次の着陸目標点
である点CCまでの距離を点AA/点BB間の距離より
も大きくとることになる。
形態3.における誘導制御計算機7の機能ブロック図で
ある。27は慣性計測装置の検出値から回転角速度の変
化率を抽出しこれを用いて月面との接触判定を行いその
結果に基付いて着陸目標点座標を設定する微分型障害物
検知・回避指令部である。図11は微分型障害物検知・
回避指令部27の信号処理ブロック図である。28は角
速度の変化率を抽出する微分回路である。29は微分回
路28の出力の大きさを事前に設定したスレッショルド
値Qと比較することにより障害物への接触の有無を判断
し出力Kとして出力する微分型障害物検知ロジック部で
ある。月面1との接触に伴う月面着陸機本体2の回転運
動は、接触の際に加わったトルクがその源である。微分
回路28の出力として得られる値は角加速度と同等であ
り、月面着陸機本体2に作用したトルクと比例関係にあ
る。そして、さらに角速度よりも位相が進んでいる。こ
のため、角速度を用いた接触判定よりも早いタイミング
で接触を検知することができる。この他は実施の形態
1.と全く同じである。
形態4.における誘導制御計算機5の機能ブロック図で
ある。30は慣性計測装置の検出値である回転角速度の
値とその変化率を用いて月面との接触判定を行いその結
果に基付いて着陸目標点座標を設定する比例微分型障害
物検知・回避指令部である。図13は障害物検知・回避
指令部30の信号処理ブロック図である。31は角速度
の値とその変化率のS倍の値を合算する比例微分結合
部。32は比例微分結合部31の出力の大きさを事前に
設定したスレッショルド値Rと比較することにより障害
物への接触の有無を判断し出力Mとして出力する比例微
分型障害物検知ロジック部である。月面1との接触に伴
う月面着陸機本体2の回転運動における角速度と角加速
度を合わせて接触判定することにより比較的早いタイミ
ングで接触を検知するとともに微分操作に伴うノイズに
対して耐性を持たせることができる。この他は実施の形
態1.と全く同じである。
よる月面近傍での月面着陸機の外観図の例である。図1
5は図14の状況を上方から見た場合を示す原理図であ
り、月面1の凸地形を等高線にて表現している。これら
の図14及び図15において33は月面着陸機本体2に
放射状に取付けられた接触ポールである。この例では4
本から構成された接触ポール33であるがその本数及び
配置は説明わかりやすくしているに過ぎず、この発明の
範囲を制約するものではない。この他は実施の形態1.
と全く同じである。この例の場合、接触ポール33がま
ずはじめに点Eで月面1と接触するため、−X軸方向へ
のトルクTが発生し、同じく−X方向への角速度ベクト
ルωを生じる。この発明によれば月心ベクトルLと角速
度ベクトルωの外積によって得られる方向すなわち−Y
方向へ回避動作を行う。接触ポール33が無い場合に
は、月面着陸機の−X軸方向かつ+Y軸方向にある部分
が月面1と最初に接触するため、回避動作は+X軸方向
かつ−Y軸方向へ実施される。この例において効率的な
回避方向が−Y方向であることは図15から明らかであ
る。すなわち、接触ポール33を取付けたことでより精
度良く回避方向が判断できる。
れているので、以下に記載する効果をもつ。
Dカメラ、レーザレーダ、電波レーダ等を搭載すること
なく月面上の着陸に障害となる地形を回避して着陸でき
るため、これらの機器を搭載する場合に発生する重量、
電力、搭載スペース、費用を削減することができるとい
う効果がある。また、光学的な干渉を受けることがない
ため、着陸地点の選定や着陸タイミング等の制約が無く
なり柔軟な運用が可能となるという効果がある。
に応じて回避のための移動距離を変えることになるの
で、無駄な着陸降下の繰り返しを避けることができ、ス
ラスタにて消費する推薬の量を減らせるという効果があ
る。
タイミングで検知することができるため、接触に伴う姿
勢変動を小さく抑えることができ転倒を防止する効果が
ある。
的早いタイミングでより確実に検知することができるた
め、接触に伴う姿勢変動を小さく抑えることができ転倒
を防止する効果がある。
多数の点の中で発生するため回避の方向を精度良く求め
られる。その結果、無駄な着陸降下の繰り返しを避ける
ことができ、スラスタにて消費する推薬の量を減らせる
という効果がある。
月面着陸機の外観図である。
機の機能ブロック図である。
回避指令部の信号処理ブロック図である。
ある。
算機の機能ブロック図である。
・回避指令部の信号処理ブロック図である。
判別部の信号処理ブロック図である。
模の大きな月面の地形に降下した場合の飛行経路の概念
図の例である。
御計算機の機能ブロック図である。
検知・回避指令部の信号処理ブロック図である。
御計算機の機能ブロック図である。
検知・回避指令部の信号処理ブロック図である。
での月面着陸機の外観図の例である。
る。
行う月面着陸機の外観図の例である。
行う月面着陸機の機能ブロック図である。
装置、4 スラスタ、5 CCDカメラ、6 画像処理
回路、7 誘導制御計算機、8 インタフェース部、9
航法処理部、10 着陸目標点書き換えメモリ、11
誘導処理部、12 制御処理部、13 障害物検知・
回避指令部、14 障害物検知ロジック部、15 回避
目標発生ロジック部、16 ベクトル外積部、17 乗
算部、18 定数ゲイン部、19 ベクトル分解部、2
0 地形規模判別型障害物検知・回避指令部、21 地
形規模判別部、22 地形規模判別型回避目標発生ロジ
ック部、23 可変ゲイン部、24 符号付き障害物検
知ロジック部、25 アップダウンカウンタ、26 ゲ
イン変更ロジック部、27 微分型障害物検知・回避指
令部、28 微分回路、29 微分型障害物検知ロジッ
ク部、30 比例微分型障害物検知・回避指令部、31
比例微分結合部、32 比例微分型障害物検知ロジッ
ク部、33 接触ポール。
Claims (5)
- 【請求項1】 天体陸上へ向けて降下し着陸する着陸装
置本体と、上記着陸装置本体に搭載され回転角速度及び
並進加速度を検出する慣性計測装置と、上記着陸装置本
体に搭載され外部からの駆動信号によって動作し、上記
着陸機本体に回転トルクと並進力を与える駆動手段と、
上記慣性計測装置の検出値を基準値と比較し、その比較
結果により上記着陸装置本体と陸上面の障害物との接触
の有無を検知する障害物検出手段、上記障害物検出手段
により着陸しようとする地点に障害物が検知されたとき
上記着陸装置本体を上記障害物から回避させる方向を求
め、上記着陸装置本体を上記回避方向へ移動するように
上記駆動手段の駆動信号を生成する手段とを有する誘導
制御計算機とを備えたことを特徴とする着陸装置。 - 【請求項2】 上記着陸装置本体と陸上面の障害物との
接触検知の回数から上記障害物の規模の大小を判別する
地形規模判別手段、上記障害物検出手段により着陸しよ
うとする地点に障害物が検知されたとき上記着陸装置本
体を上記障害物から回避させる方向を求め、かつ地形規
模判別手段の結果により上記障害物から回避させる距離
を求め、上記着陸装置本体を上記回避方向上の上記距離
へ移動するように上記駆動手段の駆動信号を生成する手
段とを有する誘導制御計算機を備えたことを特徴とする
請求項1記載の着陸装置。 - 【請求項3】 上記障害物検出手段として、上記慣性計
測装置の回転角速度検出値の変化率を求め、これを基準
値と比較し、その比較結果により上記着陸装置本体と陸
上面の障害物との接触の有無を検知する微分型障害物検
出手段を用いることを特徴とする請求項1記載の着陸装
置。 - 【請求項4】 上記障害物検出手段として上記慣性計測
装置の回転角速度検出値の変化率を求め、これと定数を
乗じた上記回転角速度検出値との和を求め、この和を基
準値と比較し、その比較結果により上記着陸装置本体と
陸上面の障害物との接触の有無を検知する比例微分型障
害物検出手段を用いることを特徴とする請求項1記載の
着陸装置。 - 【請求項5】 天体陸上の障害物との接触によって生じ
る力を着陸装置本体に伝える接触ポールを着陸装置本体
の突出部分の間に装着したことを特徴とする請求項1〜
4いずれか記載の着陸装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9273199A JPH11105797A (ja) | 1997-10-07 | 1997-10-07 | 着陸装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9273199A JPH11105797A (ja) | 1997-10-07 | 1997-10-07 | 着陸装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11105797A true JPH11105797A (ja) | 1999-04-20 |
Family
ID=17524487
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9273199A Pending JPH11105797A (ja) | 1997-10-07 | 1997-10-07 | 着陸装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11105797A (ja) |
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